SOLUCIÓN GUÍA N°1 Y 2

Presentado por: Jorge Enrique Ardila Rivera

Presentado a: Pablo de Jesús Forero Sierra

N° de ficha: 324869

Fecha: 14/08/2012

Programa de Formación: TECNOLOGO EN MANTENIMIENTO

DE MECANICA INDUSTRIAL

SENA

CENTRO METAL MECÂNICO

BOGOTÁ (D.C)

2012

SOLUCIÓN GUÍA N° 1

EXPLORACION INICIAL

HISTORIA:

La rueda hidráulica y el molino de viento son preámbulos de mucho interés para la historia de los sistemas con potencia fluida, pues familiarizaron al hombre con las posibilidades de los fluidos para generar y transmitir energía y le enseñaron en forma empírica los rudimentos de la Hidromecánica y sus propiedades.

En la segunda mitad del siglo XV, LEONARDO DA VINCI en su escrito sobre flujo de agua y estructuras para ríos, estableció sus experiencias y observaciones en la construcción de instalaciones hidráulicas ejecutadas principalmente en Milán y Florencia.

GALILEO en 1612 elaboro el primer estudio sistemático de los fundamentos de la Hidrostática. Un alumno de Galileo, TORRICELI, enunció en 1643 la ley del flujo libre de líquidos a través de orificios. Construyo El barómetro para la medición de la presión atmosférica.

BLAISE PASCAL, aunque vivió únicamente hasta la edad de 39 años, fue uno de los grandes científicos y matemáticos del siglo XVII. Fue responsable de muchos descubrimientos importantes, pero en relación con la mecánica de fluidos son notables los siguientes:

-La formulación en 1650 de la ley de la distribución de la presión en un líquido contenido en un recipiente. Se conoce esta, como ley de Pascal.

-La comprobación de que la potencia del vacío se debe al peso de la atmósfera y no a un "horror natural" como se creyó por más de 2000 años antes de su época.

A ISAAC NEWTON, además de muchas contribuciones a la ciencia y a las matemáticas, se le debe en Mecánica de Fluidos:

-El primer enunciado de la ley de fricción en un fluido en movimiento.

-La introducción del concepto de viscosidad en un fluido.

-Los fundamentos de la teoría de la similaridad hidrodinámica.

Estos, sin embargo, fueron trabajados aislados de los cuales resultaron leyes y soluciones a problemas no conexos. Hasta la mitad del siglo XVIII no existía aun una ciencia integrada sobre El comportamiento de los fluidos.

Los fundamentos teóricos de la Mecánica de Fluidos como una ciencia se deben a Daniel Bernoulli y a Leonhard Euler en el siglo XVIII.

DANIEL BERNOULLI, En 1738 en su "Hidrodinámica", formulo la ley fundamental del movimiento de los fluidos que da la relación entre presión, velocidad y cabeza de fluido.

LEONHARD EULER, desarrolló las ecuaciones diferenciales generales del flujo para los llamados fluidos ideales (no viscosos). Esto marco el principio de los métodos teóricos de análisis en la Mecánica de Fluidos. A Euler se le debe también la ecuación general del trabajo para todas las maquinas hidráulicas rotodinamicas (turbinas, bombas centrifugas, ventiladores, etc.), además de los fundamentos de la teoría de la flotación.

En 1985, después de 135 años de la formulación de la ley de Pascal, JOSEPH BRAMAH, construyo en Inglaterra la primera prensa hidráulica. Esta primera prensa utilizaba sello de cuero y agua como fluido de trabajo. El accionamiento se realizaba por medio de una bomba manual y no superaba los 10 bares de presión. Sin embargo, la fuerza desarrollada por ella fue algo descomunal e inesperada para el mundo técnico e industrial de entonces.

Inmediatamente siguieron sin número de aplicaciones y como era de esperarse, se abrió un mercado para el mismo sin precedentes y que superaba las disponibilidades tanto técnicas como financieras de su tiempo.

El segundo periodo, que comprende los últimos años del siglo XVIII y la mayoría del XIX, se caracterizó por la acumulación de datos experimentales y por la determinación de factores de corrección para la ecuación de Bernoulli. Se basaron en el concepto de fluido ideal, o sea que no tuvieron en cuenta una propiedad tan importante como la viscosidad. Cabe destacar los nombres de experimentalistas notables como ANTOINE CHEZY, HENRI DARCY, JEAN POISEUILLE en Francia; JULIUS WEISBACH Y G. HAGEN en Alemania. De importancia especial fueron los experimentos de Weisbach y las fórmulas empíricas resultantes que fueron utilizadas hasta hace poco tiempo.

Entre los teóricos de la Mecánica de Fluidos de este período, están LAGRANGE, HELMHOLTZ Y SAINT VENANT.

En los años posteriores a 1850 las grandes ciudades de Inglaterra instalaron centrales de suministros de energía hidráulica, la cual era distribuida a grandes distancias por tuberías hasta las fábricas donde accionaban molinos, prensas, laminadores y grúas.

En el periodo siguiente, al final del siglo XIX y principios del XX, se tomó en cuenta la viscosidad y la teoría de la similaridad. Se avanzó con mayor rapidez por la expansión tecnológica y las fuerzas productivas. A este período están asociados los nombres de GEORGE STOKES y de OSBORNE REYNOLDS

En la Hidráulica contemporánea se deben mencionar a: LUIDWIG PRANDTL, THEODOR VON KARMAN Y JOHAN NIKURADSE. Los dos primeros por sus trabajos en Aerodinámica y Mecánica de Fluidos que sirvieron para dilucidar la teoría del flujo turbulento; el último sobre flujo en tuberías.

En 1930 se empezaron a construir las bombas de paletas de alta presión y se introdujeron los sellos de caucho sintético. Diez años después los servomecanismos electrohidráulicos ampliaron el campo de aplicación de la oleo hidráulica (rama de la hidráulica que utiliza aceite mineral como fluido). Desde los años sesenta el esfuerzo investigativo de la industria y las entidades de formación profesional ha conducido hasta los sofisticados circuitos de la fluídica.

Hidráulica móvil y estacionaria.

La diferencia entre hidráulica móvil y estacionaria es que la hidráulica móvil produce

movimientos, ya sea mediante ruedas o cadenas, y sus válvulas son accionadas generalmente de

forma manual; mientras que en la hidráulica estacionaria son fijas y no producen desplazamientos, sus

accionamientos suelen ser a base de electroválvulas.

Aplicaciones de la hidráulica

El empleo de la energía proporcionada por el aire y aceite a presión, puede aplicarse para

transportar, excavar, levantar, perforar, manipular materiales, controlar e impulsar vehículos móviles

tales como:

Tractores

Grúas

Retroexcavadoras

Camiones recolectores de basura

Cargadores frontales

Frenos y suspensiones de camiones

Vehículos para la construcción y mantención de carreteras

En la industria, es de primera importancia contar con maquinaria especializada para controlar,

impulsar, posicionar y mecanizar elementos o materiales propios de la línea de producción, para

estos efectos se utiliza con regularidad la energía proporcionada por fluidos comprimidos. Se tiene

entre otros:

Maquinaria para la industria plástica

Máquinas herramientas

Maquinaria para la elaboración de alimentos Equipamiento para

robótica y manipulación automatizada Equipo para montaje

industrial

Maquinaria para la minería

Maquinaria para la industria siderúrgica

3.1 ¿Qué magnitudes y sus unidades se utilizan en los sistemas oleohidráulicos? defina cada una de ellas.

El sistema internacional de medidas (SI) parte de siete unidades básicas; en hidráulica son necesarias

solo cuatro unidades:

-LONGITUD, medida en metro (m), es la distancia recorrida por la luz en el vacío durante una

trillonésima de segundo.

-MASA, medida en kilogramos (Kg), ésta se basa en un cilindro que se encuentra en la

oficina internacional de pesos y medidas en parís.

-TIEMPO, medido en segundos (s), se define como la duración de 9.192 631.770 ciclos de la

radiación asociada con una transición especificada del átomo de cesio

133

-TEMPERATURA, medida en grados kelvin (°K), es la fracción 1/273,15 de la temperatura

termodinámica del punto triple del agua.

A partir de solo estas magnitudes podemos crear algunas magnitudes derivadas como lo son:

ÁREA: Se mide en metros cuadrados (m2

)

VOLUMEN: medida en metros cúbicos (m3

).El litro (0.001 m3

) aunque no es una unidad del SI se

utiliza comúnmente para medir volúmenes de fluidos

FUERZA: medida en newton (N), es la fuerza que aplicada a una masa de 1Kg, da a esta una

aceleración de 1m/s2

(1N=1Kg.m/s2

). Fuerza= masa x aceleración.

PRESIÓN (p): Es el resultado de aplicar una fuerza (F) ejercida por un fluido a una superficie (S) (p=

F/S). La unidad en el sistema internacional es el Pascal (Pa). Pa= 1N/m2

CAUDAL (Q): Es la cantidad de fluido que atraviesa una sección dada por unidad de tiempo; se expresa mediante la fórmula Q= V/t donde: Q es caudal medido en m

3/s; V es volumen en m

3 y t es

tiempo en segundos.

Tipos de presión

La presión atmosférica es la medición de la fuerza sobre un determinado material, dirigida a todos

lados en la tierra va en todas las direcciones y equivale a 1 kg/cm2

de aire, es grande pero las

sustancias de nuestro cuerpo hacen un equilibrio. La presión manométrica es la diferencia que hay

entre la presión absoluta y la presión atmosférica.

La presión absoluta es la que se mide guiándose del vacío el movimiento o la actividad de las

moléculas.

La presión barométrica mide la presión atmosférica pero en un tubo de vidrio que contiene mercurio,

determinado por la altura hasta donde llega el mercurio por la fuerza de la presión atmosférica. Es

medida en milímetros de mercurio (mmHg)

Todas estas presiones disminuyen con la altitud.

3.2 Una bomba oleohidráulica según catálogo del fabricante debe utilizar un aceite hidráulico que tiene 200 SSU de viscosidad y 0,850 de densidad relativa, genera un caudal de 20 cfm a 1500 rpm; a una presión de 6000 psi. ¿A cuánto equivalen en unidades del sistema internacional; dado que los instrumentos de medición está dados en este sistema?

3.3 El cilindro que se muestra en el gráfico tiene una carrera de 100 cm., y el volumen que ocupa es de 8 litros de aceite. Si se conecta una bomba que le suministra 6 gph, el tiempo que demora en salir el vástago es:

M

100 CM

3.4 Consulte sobre principio de Pascal, Bernoulli, ecuación de continuidad, número de reynols, perdida de carga; desarrolle los siguientes problemas planteados.

Principio de Pascal: Este principio se resume en la frase: la presión ejercida en cualquier

parte de un fluido incompresible y en equilibrio dentro en un recipiente de paredes

indeformables, se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los

puntos del fluido; esto se comprueba mediante la fórmula.

p

El sistema se encuentra en equilibrio, entonces:

1 2

A licando las dos ecuaciones, se obtiene:

Principio de Bernoulli: describe el comportamiento de un fluido moviéndose a lo largo de

una línea de corriente. Expresa que 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. La energía de un fluido en cualquier momento consta de

tres componentes:

1. Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que

posee.

La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de

Bernoulli) consta de estos mismos términos.

Dónde:

• V = velocidad del fluido en la sección considerada.

• g = aceleración gravitatoria

• z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.

• P = presión a lo largo de la línea de corriente.

• p = densidad del fluido.

E c u aci ó n d e c o n t i nu i d a d : La conservación de la masa de fluido a través de dos

secciones (sean éstas A1 y A2) de un conducto (tubería) o tubo de corriente establece

que: la masa que entra es igual a la masa que sale.

La ecuación de continuidad se puede expresar como:

p1.A1.V1 = p2.A2.V2

Cuando p1 = p2, que es el caso general tratándose de agua, y flujo en régimen

permanente, se tiene:

O de otra forma:

(El caudal que entra es igual al que sale)

Donde:

• Q = caudal (m3

/ s)

• V = velocidad (m / s)

• A = área transversal del tubo de corriente o conducto (m2

)

Que se cumple cuando entre dos secciones de la conducción no se acumula masa,

es decir, siempre que el fluido sea incompresible y por lo tanto su densidad sea constante.

Esta condición la satisfacen todos los líquidos y, particularmente, el agua.

N úmero d e R e y n o l d s : El número de Reynolds relaciona la densidad, viscosidad,

velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión adimensional, que interviene en

numerosos problemas de dinámica de fluidos. Dicho número o combinación adimensional

aparece en muchos casos relacionado con el hecho de que el flujo pueda considerarse

laminar (número de Reynolds pequeño) o turbulento (número de Reynolds grande).

Para un fluido que circula por el interior de una tubería circular recta, el número de

Reynolds viene dado por:

o equivalentemente por:

Dónde:

: Densidad del fluido

: Velocidad característica del fluido

: Diámetro de la tubería a través de la cual circula el fluido o longitud característica del sistema

: Viscosidad dinámica del fluido

: Viscosidad cinemática del fluido

Como todo número adimensional es un cociente, una comparación. En este caso es la

relación entre los términos convectivos y los términos viscosos de las ecuaciones de Navier-

Stokes que gobiernan el movimiento de los fluidos.

Por ejemplo, un flujo con un número de Reynolds alrededor de 100.000 (típico en el

movimiento de una aeronave pequeña, salvo en zonas próximas a la capa límite) expresa

que las fuerzas viscosas son 100.000 veces menores que las fuerzas convectivas, y por lo

tanto aquellas pueden ser ignoradas. Un ejemplo del caso contrario sería un cojinete axial

lubricado con un fluido y sometido a una cierta carga. En este caso el número de Reynolds

es mucho menor que 1 indicando que ahora las fuerzas dominantes son las viscosas y por lo

tanto las convectivas pueden despreciarse. Otro ejemplo: En el análisis del movimiento de

fluidos en el interior de conductos proporciona una indicación de la pérdida de carga

causada por efectos viscosos.

Perdida de carga: La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de energía

dinámica del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las

paredes de la tubería que las contiene. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de

conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares,

como un estrechamiento, un cambio de dirección, la presencia de una válvula, etc.

Las pérdidas de carga de conducciones se calculan con la expresión:

Hr: Pérdida de cargaD: diámetro en mm°: caudal en mᶟ 1sL: longitud conducciónL: coeficiente de friccióng: aceleración de gravedad

 En esta expresión tenemos datos conocidos como longitud, diámetro y caudal. Pero desconocemos el coeficiente de fricción, que dependerá de la rugosidad de la tubería, su diámetro, la viscosidad cinemática del agua. La tubería se comporta como rugosa, las protuberancias que sobresalen de la subcapa laminar quedan afectadas de la viscosidad de turbulencia, en mayor o menor grado dependiendo de la altura de rugosidad k; en tal

caso, el coeficiente, L depende también de k, o dimensionalmente de k1g (rugosidad relativa) nos encontramos con influencia de la rugosidad relativa y el número de Reynolds.

3.5 Si se ejerce una fuerza de 20 Kg.-f sobre el pistón A que tiene un área de 3,1416 pulg2 y el pistón B de 12.56 pulg2.

3.6 En la gráfica encontramos que al pistón se le aplica una fuerza de 200N en un área de ¶ pulgadas cuadradas, hallar la presión y la fuerza de salida si el pistón es de 4 ¶ pulgadas cuadradas.

SOLUCION GUIA 2

3.1 Consulte simbología de componentes oleohidráulicos.

Realice el inventario del banco oleohidráulico del taller en hoja Excel teniendo en cuenta: primera columna ítem, segunda columna símbolo, tercera columna descripción, cuarta columna cantidad y quinta columna observaciones; preséntelo impreso al instructor.

En un plano de una maquina (catalogo- plano propuesto docente) identifique cada uno de los símbolos. Realice el listado de los elementos y preséntelo al instructor de forma escrita.

ITEM SIMBOLO DESCRIPCION CANTIDAD OBSERVACIONES

1

Ys

5 BUEN ESTADO

2

Manguera corta

20 BUEN ESTADO

3

Manguera mediana

0 BUEN ESTADO

4

Manguera larga

2 BUEN ESTADO

5

Manguera antiretorno

3 BUEN ESTADO

6

Válvula mando directo

3 BUEN ESTADO

7

Válvula indirecto

1 BUEN ESTADO

8

Válvula de descarga

1 BUEN ESTADO

9

Válvula reductora de 3 vías

2 BUEN ESTADO

10

Válvula estrangulación variable

1 BUEN ESTADO

11

Válvula de desbloqueo

1 BUEN ESTADO

12

Válvula regulación caudal de 2 vías

1 BUEN ESTADO

13

Válvula de 3 vías

1 BUEN ESTADO

14

Válvula divisora de caudal

1 BUEN ESTADO

15

Manómetro simple

0 BUEN ESTADO

16

Válvula bloqueo

3 BUEN ESTADO

17

Motor oleo hidráulico

1 BUEN ESTADO

18

2/2 rodillo

0 BUEN ESTADO

19

2/2 palanca

1 BUEN ESTADO

20

3/2 palanca

1 BUEN ESTADO

21

4/2 palanca

1 BUEN ESTADO

22

4/3 palanca

1 BUEN ESTADO

23

Válvula cierre rápido

1 BUEN ESTADO

24

Cilindro de doble efecto con freno y leva

1 BUEN ESTADO

25

Cilindro de doble efecto diferencia 2:1 20 kg

1 BUEN ESTADO

26

Recipiente volumétrico

1 BUEN ESTADO

3.2 ¿Qué es una centralita hidráulica? identifique los componentes de una centralita hidráulica, su funcionamiento, su simbología, fabricantes y características técnicas; elabore una ficha técnica de la centralita del banco hidráulico que le fue asignado y preséntela al instructor de forma escrita.

3.3 Consulte sobre fluidos hidráulicos, filtros, bomba hidráulica, depósito, válvula limitadora de presión, manómetro.

¿Qué se debe hacer con los residuos producto del cambio de aceites hidráulicos y filtros de un solo uso? Entregue un informe escrito al instructor, donde nombre la entidad que normaliza, regula y controla, el manejo de los residuos industriales sólidos, líquidos y gaseosos en Colombia.

Fluidos hidráulicos:

Las características de los fluidos hidráulicos tienen la mayor influencia en el rendimiento y duración de cualquier sistema hidráulico pues resulta primordial utilizar fluidos limpios y de alta calidad para lograr un funcionamiento eficiente del sistema.

En la búsqueda de ese rendimiento óptimo se han utilizado varios tipos de fluidos a lo largo de la historia, los cuales van desde el agua hasta los modernos compuestos cuidadosamente preparados que además de poseer un fluido base contienen aditivos especiales que ayudan a obtener fluidos hidráulicos con las características necesarias para cumplir una tarea específica.

Filtros:Un filtro hidráulico es el componente principal del sistema de filtración de una máquina hidráulica, de lubricación o de engrase. Estos sistemas se emplean para el control de la contaminación por partículas sólidas de origen externo y las generadas internamente por procesos de desgaste o de erosión de las superficies de la maquinaria, permitiendo preservar la vida útil tanto de los componentes del equipo como del fluido hidráulico.

Bomba hidráulica:

Una bomba hidráulica es una máquina generadora que transforma la energía (generalmente energía mecánica) con la que es accionada en energía hidráulica del fluido incompresible que mueve. El fluido incompresible puede ser líquido o una mezcla de líquidos y sólidos como puede ser el hormigón antes de fraguar o la pasta de papel. Al incrementar la energía del fluido, se aumenta su presión, su velocidad o su altura, todas ellas relacionadas según el principio de Bernoulli. En general, una bomba se utiliza para incrementar la presión de un líquido añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de menor presión o altitud a otra de mayor presión o altitud.

Deposito:El depósito, o más comúnmente llamado tanque, cumple diferentes funciones. En primer término es el depósito de aspiración e impulsión del sistema de bombeo, además sirve de almacén y reserva de aceite. Por otra parte tiene como misiones la separación, en lo posible, del aire del líquido hidráulico, la refrigeración del aceite por simple transmisión de calor por sus paredes al exterior, la toma de contacto del aceite con la presión atmosférica y, por último, su estructura sirve de soporte de la bomba, del motor de accionamiento y de otros elementos auxiliares.

Válvula limitadora de presión:Es una válvula similar a la válvula reguladora de presión. La diferencia estriba en su utilidad. Mientras que las válvulas reguladoras de presión se utilizan para proteger los elementos neumáticos, las válvulas limitadoras de presión se emplean para limitar la presión de toda la red.

Manómetro:El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre el fluido y la presión local.

¿Qué se debe hacer con los residuos producto del cambio de aceites hidráulicos y filtros de un solo uso?

Aceites: No existen limitaciones de tiempo cuando se almacena aceite usado. Sin embargo, si el aceite usado es almacenado por más de un año y no hay planes para llevarlo a otro lugar, el almacenaje se podría considerar disposición. El aceite usado se

debe almacenar solamente en tanques y recipientes que no tienen escapes, óxido, deterioro u otros defectos. Los recipientes y los tanques sobre la superficie debieran ser colocados sobre una superficie que no permite que el aceite la penetre, como el cemento y asfalto. Los recipientes, tanques sobre la superficie y las tuberías de los tanques subterráneos (UST, por sus siglas en inglés) debieran ser marcados con las palabras “Aceite Usado”. Los tanques UST que se usan para almacenar aceite usado también deben de cumplir con los requisitos de operación de tanques UST. Para obtener más información sobre los requisitos de operación de tanques UST, llame a la Oficina de Empresas Pequeñas.

Filtros: Los filtros de aceites usado, que no son blindados con plomo, no son considerados desperdicios tóxicos y se pueden poner en la basura siempre y cuando sean drenados correctamente. Los filtros de aceite usado, blindados con plomo, puede que sean considerados desperdicios tóxicos por su contenido de plomo. Si usted produce filtros blindados con plomo, estos filtros tienen que ser examinados para determinar si son desperdicios tóxicos. Para obtener más información sobre el manejo de los filtros blindados con plomo, llame a la Oficina de Empresas Pequeñas.

El drenaje de los filtros de aceite usado se puede hacer por medio de uno de los siguientes métodos:

Perfore la válvula contraescape del filtro, la cual existe en casi todos los filtros automotores, o la base del filtro y después déjelo drenar; la válvula contraescape consiste de una tapa de caucho que crea un vacío para prevenir que el aceite entre al motor.

Se deja drenar el filtro y después se aplasta Se desarma el filtro y después se deja drenar Cualquier otro método equivalente que saca el aceite usado del filtro, como el

drenaje con aire a presión