SIMNH Cap 2 Fundamentos teóricos

ISTP GILDA LILIANA BALLIVIAN ROSADO : 

ISTP GILDA LILIANA BALLIVIAN ROSADO SISTEMAS INDUSTRIALES DE MANDO NEUMATICO E HIDRAULICO CAP. 2 FUNDAMENTOS TEORICOS Edgard Oporto Agosto 2008

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Tabla de contenidos 2.1 Propiedades de los fluidos 2.2 Volumen 2.3 Masa 2.4 Peso específico 2.5 Densidad 2.6 Viscosidad 2.7 Temperatura 2.8 Caudal 2.9 Presión 2.10 Presión atmosférica y absoluta 2.11 Manómetros 2.12 Presión en fluidos en movimiento 2.13 Trabajo 2.14 Potencia

2.1 HIDRAULICA - NEUMATICA : 

2.1 HIDRAULICA - NEUMATICA DEFINICION Aplicación de la mecánica de los fluidos a la ingeniería para construir dispositivos que funcionan con líquidos (por lo general agua o aceite )o gases (aire).

2.2 ESTADO LIQUIDO : 

2.2 ESTADO LIQUIDO

2.3 ESTADO GASEOSO : 

2.3 ESTADO GASEOSO

2.4 PRINCIPIO DE PASCAL : 

2.4 PRINCIPIO DE PASCAL La presión de un fluido contenido en un recipiente se transmite por igual en todas partes del fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene, siempre que se puedan despreciar las diferencias de presión debidas al peso del fluido. Si se hace presión en un punto de un fluido, esta presión se transmite por igual a toda la masa del fluido. DEFINICION Blaise Pascal (1623-1662), filósofo, matemático y físico francés.

2.4 PRINCIPIO DE PASCAL : 

2.4 PRINCIPIO DE PASCAL APLICACIÓN PRENSA HIDRAULICA Consta de dos émbolos de diferente superficie unidos mediante un líquido. Toda presión aplicada en uno de ellos será transmitida al otro. Se obtiene grandes fuerzas en el émbolo mayor al hacer fuerzas pequeñas en el menor.

2.4 PRINCIPIO DE PASCAL : 

2.4 PRINCIPIO DE PASCAL APLICACIÓN PRENSA HIDRAULICA

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2.5 PRINCIPO DE ARQUIMEDES (212 a.C.), notable matemático e inventor griego. Se debe a que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado. DEFINICION Por experiencia sabemos que los cuerpos pesan menos cuando están sumergidos en un líquido.

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2.5 PRINCIPO DE ARQUIMEDES EXPLICACION Sobre la cara inferior actúa más presión que en la superior, por estar a mayor profundidad. Por tanto, la fuerza F2 es mayor que la F1. Las dos fuerzas laterales serán iguales y se anulan una con la otra. Sobre el cuerpo sumergido actúa una fuerza hidrostática resultante hacia arriba, el empuje (E = F2-F1), debido a la diferencia de presiones.

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2.5 PRINCIPO DE ARQUIMEDES FLOTACION - HUNDIMIENTO BAÑISTA EN EL MAR MUERTO

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2.6 PRINCIPIO DE BERNOULLI (Físico suizo) El teorema demuestra que la presión, altura y velocidad no pueden modificarse independientemente. Describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de una línea de corriente. Un fluido que pasa a través de un estrechamiento aumenta su velocidad y, simultáneamente, disminuye su presión.

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2.6 PRINCIPIO DE BERNOULLI En un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.

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2.7 TUBO DE VENTURI EL tubo de Venturi se usa para medir la velocidad del flujo de un fluido. En la garganta, el área es reducida de A1 a A2 y su velocidad se incrementa de V1 a V2. En el punto 2, donde la velocidad es máxima, la presión es mínima. En los tubos superiores se puede apreciar la diferencia de presión que se genera en el estrechamiento.

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2.7 TUBO DE VENTURI

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2.7 TUBO DE VENTURI

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2.8 APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI Cuando el desnivel es cero, la tubería es horizontal. Tenemos entonces, el denominado tubo de Venturi, cuya aplicación práctica es la medida de la velocidad del fluido en una tubería. El manómetro mide la diferencia de presión entre las dos ramas de la tubería. La ecuación de continuidad v1S1=v2S2 La en la ecuación de Bernoulli con y1=y2

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2.8 APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI Al soplar horizontalmente encima de una hoja, esta se levanta. Al soplar en el espacio que separa dos globos, estos se juntan. Al soplar por un tubito doblado y con orificio en la esquina, el agua asciende por el otro extremo funcionando como atomizador. El agua a alta velocidad genera bajas presiones atrayendo la cortina. El viento levanta los techos.

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2.8 APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI A medida que aumentamos la velocidad de desplazamiento de un fluido, su presión interna disminuye.

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2.8 APLICACIONES DEL PRINCIPIO DE BERNOULLI El ala de un avión está diseñado para obligar al aire a circular con mayor rapidez por la parte superior que por la inferior, lo que se consigue haciendo que el aire recorra una distancia mayor. Debido a esta diferencia de velocidades, la presión que actúa arriba es inferior a la que actúa abajo y, en consecuencia, aparece una fuerza total sobre el ala dirigida hacia arriba. Cuando esta fuerza total es mayor que el peso del avión, este se empieza a elevar.

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2.9 LEY DE TORRICELLI La velocidad de salida del líquido en un tanque que se vacía es proporcional a la raíz cuadrada de la profundidad h del líquido. VB² = 2 g(hA - hB) La velocidad de salida del líquido no es constante.

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2.10 FRASCO DE MARIOTTE Se puede construir un recipiente del cual siempre salga el agua a velocidad constante pese a que el nivel del líquido descienda.

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2.10 FRASCO DE MARIOTTE Es un frasco con tapón atravesado por un tubo de vidrio. Examinemos lo que pasa en el recipiente cuando se abre la llave C. Al salir el agua su nivel va bajando dentro del frasco. Esto hace que el aire que hay en la parte superior se enrarezca (se genera un vacío). La presión negativa hace que el aire ingrese a través del tubo, pasando por debajo del agua en burbujas, hasta la parte superior del frasco. La presión en la parte superior interna del frasco se iguala a la atmosférica hasta llegar al nivel B. Por lo tanto el agua sale por el grifo C impulsada por la presión que ejerce la capa de agua BC. Como el espesor de la capa BC permanece constante, el chorro siempre saldrá con la misma velocidad. Si quitamos el tapón B, que se encuentra al nivel del extremo del tubo, no saldrá agua en absoluto (se entiende que esto ocurrirá si el orificio es pequeño; de lo contrario el agua saldrá). Esto se debe a que la presión interna y externa se igualan a la atmosférica y, por consiguiente, no habrá nada que estimule la salida del agua.

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2.11 LEY DE JURIN Ley que establece que al introducir un tubo capilar en un líquido, éste asciende o desciende por el mismo según que moje o no al tubo. MOJA EL TUBO NO MOJA EL TUBO

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2.12 LEY DE LA CONTINUIDAD Sea un fluido en movimiento, que atraviesa un conducto con secciones variables. Sean los instantes t y t+Dt. En un tiempo Dt la sección  S1 de fluido en la tubería inferior se mueve hacia la derecha Dx1=v1Dt. La masa de fluido desplazada hacia la derecha es Dm1=r·S1Dx1=rS1v1Dt. La sección S2 que limita a la porción de fluido en la tubería superior se mueve hacia la derecha Dx2=v2Dt. en el intervalo de tiempo Dt. La masa de fluido desplazada es Dm2=r S2v2 Dt. Debido a que la masa que atraviesa la sección S1 en el tiempo Dt, debe ser la misma que atraviesa la sección S2, tenemos: v1 S1 = v2 S2 v1,v2 Velocidad S1, S2 Area EL CAUDAL ES CONSTANTE EN UN CIRCUITO

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2.12 LEY DE LA CONTINUIDAD Cuando se abre ligeramente un caño, se forma un chorro de agua. El diámetro del agua va disminuyendo según cae. Al final, se rompe formando gotas. La ecuación de continuidad nos da el radio del chorro de agua. La sección trasversal del chorro de agua cuando sale del grifo es S0, y la velocidad del agua es v0. Debido a la acción de la gravedad la velocidad v del agua se incrementa. A una distancia h del grifo la velocidad es:               Aplicando la ecuación de continuidad:               Despejamos el radio:

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2.12 LEY DE LA CONTINUIDAD

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2.13 LEY DE BOYLE-MARIOTTE A temperatura constante, el volumen de cualquier gas, es inversamente proporcional a la presión a que se somete. ISOTERMAS

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2.14 LEY DE CHARLES A presión constante, el volumen de una masa dada de gas varía directamente con la temperatura absoluta. ISOBARO

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2.15 LEY DE GAY-LUSSAC A volumen constante , la presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura.

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2.16 ECUACION DE ESTADO Llamada también ley de los gases ideales. A partir de las leyes anteriores podemos calcular la forma como cambia el volumen o presión o temperatura si se conocen las condiciones iniciales (Pi, Vi, Ti) y se conocen dos de las condiciones finales (es decir, dos de las tres cantidades Pt, Vt, Tf). PV = nRT R Constante universal de los gases ideales Por convención, el volumen de un gas se expresa en litros, el valor de n en moles, la temperatura en °K y la presión en atmósferas. La cantidad de gas se puede medir en unidades de masa, usualmente en gramos. También se puede expresar mediante el numero de moles de sustancia. # moles = Peso del gas / Peso molecular

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2.17 ECUACION DE VAN DER WAALS Johannes Diderik van der Waals (Países Bajos, 1837 - Ámsterdam, 1923). Profesor universitario y físico holandés, recibió el Premio Nobel de Física en 1910.

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2.18 LEY DE DALTON En una mezcla de gases, la presión total es igual a la suma de las presiones parciales. Pt = P1 + P2 + P3 + …

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2.19 LEY DE GRAHAM Thomas Graham (Glasgow, 21 de diciembre de 1805 – 16 de septiembre de 1869), químico británico, conocido por sus investigaciones en la difusión de gases y líquidos y en la química de los coloides.

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2.20 LEY DE GRAHAM La difusión es el proceso por el cual una sustancia se distribuye uniformemente en el espacio que la encierra o en el medio en que se encuentra. Por ejemplo: si se conectan dos tanques conteniendo el mismo gas a diferentes presiones, en corto tiempo la presión es igual en ambos tanques. También si se introduce una pequeña cantidad de gas A en un extremo de un tanque cerrado que contiene otro gas B, rápidamente el gas A se distribuirá uniformemente por todo el tanque. La difusión es una consecuencia del movimiento continuo y elástico de las moléculas gaseosas. Gases diferentes tienen distintas velocidades de difusión.

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2.21 LEY DE AVOGADRO A LA MISMA PRESION, TEMPERATURA Y VOLUMEN, TODOS LOS GASES CONTIENEN EL MISMO NÚMERO DE MOLÉCULAS "Un determinado número de moléculas de dos gases diferentes ocupan el mismo volumen en idénticas condiciones de presión y temperatura".

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2.22 TIPOS DE FLUJOS Flujo es la forma de circulación que tienen los fluidos. Puede ser: FLUJO LAMINAR FLUJO DE TRANSICION FLUJO TURBULENTO

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2.22 FLUJO LAMINAR El flujo es laminar cuando el trayecto recorrido por el fluido no se ve perturbado por ninguna turbulencia importante. Las partículas que constituyen el fluido circulan paralelamente entre sí.

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2.22 FLUJO TURBULENTO Una circulación es turbulenta cuando el fluido tiende a separarse. El fluido se agita, sus partículas no recorren paralelamente entre sí.

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2.22 FLUJO DE TRANSICION Es una circulación intermedia, entre laminar y turbulenta.

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2.23 TRANSMISION DE POTENCIA Se muestra el principio de la transmisión de potencia en los sistemas neumáticos e hidráulicos. Una fuerza mecánica, trabajo o potencia es aplicada en el pistón A. La presión interna desarrollada en el fluido ejerce una fuerza de empuje en el pistón B. Según la ley de Pascal la presión desarrollada en el fluido es igual en todos los puntos por la que la fuerza desarrollada en el pistón B es igual a la fuerza ejercida en el fluido por el pistón A, asumiendo que los diámetros de A y B son iguales.

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2.23 TRANSMISION DE POTENCIA La distancia L que separa la generación, pistón A, del punto de utilización pistón B, es usualmente de 1,5 a 6 metros en los sistemas hidráulicos, y de 30 a 60 metros en aire comprimido. Distancias mayores son superadas con sistemas especialmente diseñados. Los sistemas hidráulicos y/o neumáticos no versátiles al poder ubicarse los componentes separados uno de otro, y transmitir las fuerzas en forma inmediata a través de distancias considerables con escasas perdidas. Las transmisiones pueden llevarse a cualquier posición, aun doblando esquinas, pueden transmitirse a través de tuberías relativamente pequeñas con pequeñas perdidas de potencia.

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2.24 FACTOR DE MULTIPLICACION La fuerza aplicada sobre el pistón A es multiplicada en la misma relación, que la existente entre las áreas de los dos pistones. Este principio, de multiplicación de fuerza es empleado en el freno de los automóviles y en las prensas hidráulicas. La multiplicación de fuerzas se hace a expensas de sacrificar la carrera y velocidad del cilindro B

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2.25 ALGUNAS APLICACIONES