11-Magnitudes-Principios-y-Propiedades (1)

1.1 Magnitudes, Principios y Propiedades Tecnologías que transforman la energía de los fluidos en trabajo y movimiento, automatizando procesos industriales desde la Antigüedad hasta nuestros días..

Historia y Evolución Orígenes Antiguos Desde el Neolítico, el ser humano aprovechó los fluidos: fuelles de mano para avivar el fuego y sistemas de riego en Mesopotamia. Aplicaciones Modernas Hoy, las máquinas que utilizan fluidos a presión tienen aplicaciones extensas en industria, construcción y manufactura..

Neumática vs Hidráulica Neumática Es la rama de la mecánica que estudia las propiedades de los fluidos gaseosos (aire). Muy compresible, ideal para fuerzas pequeñas de 3 a 1,2 toneladas con desplazamientos rápidos. Hidráulica Es la parte de la mecánica que estudia las propiedades de los fluidos líquidos (agua/aceite). Casi incompresible, apropiada para grandes esfuerzos con control exacto de velocidad. La diferencia fundamental radica en la compresibilidad del fluido utilizado y las aplicaciones resultantes..

Aplicaciones Industriales Neumática Herramientas portátiles y motores de alta velocidad hasta 5000 rpm. Hidráulica Prensas, máquinas-herramientas, maquinaria de obras públicas y sistemas de transporte..

1.1 Magnitudes Fundamentales Presión, caudal, potencia y trabajo son las cuatro magnitudes que definen el comportamiento de los fluidos en sistemas neumáticos e hidráulicos..

A) Presión: Concepto y Tipos La presión es el cociente entre la fuerza aplicada en una superficie y su área. Unidad SI: P = Presión en Pascal (Pa) = Newton por metro cuadrado (N/m²) Atmósfera (atm) Bar (bar) F = fuerza aplicada en Newton (N) S = superficie sobre la que actúa la fuerza en metro cuadrado ( m²) Presión Atmosférica (Patm) Presión ejercida por el aire de la atmósfera sobre la superficie terrestre. Se mide con barómetro. Valor normal: 1 atm. Presión Manométrica o relativa (P o Pman) También presión de trabajo. Diferencia entre presión absoluta y atmosférica. Mide con manómetro. Presión de trabajo del compresor. Presión Absoluta (Pabs) Es la presión total que actúa sobre un sistema, medida respecto al vacío absoluto (cero absoluto de presión o vacío total). Se calcula así: Presión absoluta (Pabs)=Presión manométrica (Pman) + Presión atmosférica (Patm).

Ejemplo cálculo de Presión: donde: P = presión (Pa) F = fuerza aplicada (N) S = superficie sobre la que actúa la fuerza (m²) � Ejemplo: Un bloque ejerce una fuerza de 200 N sobre el suelo y la superficie de contacto es de 0.5 m². Queremos calcular la presión que ejerce el bloque sobre el suelo. � Solución: P = F/S = 200N /0.5m2 P = 400)N/m = 2 400)Pa La presión que ejerce el bloque sobre el suelo es 400 Pa (Pascales)..

B) Caudal y Ley de Continuidad Definición Cantidad o volumen de fluido que pasa por una sección por unidad de tiempo: Donde: Q = caudal en metro cúbico por segundo (m³/s). V= volumen (cantidad de fluido que pasa) (l o m³) t = tiempo transcurrido (s). S = área de la sección del tubo en metro cuadrado (m²). L = longitud de un fluido que pasa en un tiempo determinado (m). v = velocidad del fluido en metro por segundo (m/s). Ley de Continuidad El caudal se puede definir también como la sección por velocidad. Si disminuye la sección manteniendo el caudal constante, la velocidad aumenta (cuanto menor sea la sección de tubería, mayor será velocidad del fluido para el mismo caudal volumétrico). Si se disminuye la sección manteniendo la velocidad constante, el caudal disminuye. Unidades SI Q (m³/s). V (l o m³) t (s). S (m²). L (m). v (m/s)..

Resumen gráfico y conceptual de la Ley de Continuidad J Ley de Continuidad Q=S�v � Concepto gráfico: Tubo ancho ³ [=====>] S1 grande, v1 pequeña Tubo angosto ³[===>] S2 pequeña, v2 grande w Si el caudal (Q) es constante: S1 ç v1 = S2 ç v2 § Menor área ³ Mayor velocidad � Resumen Situación Sección (S) Velocidad (v) Caudal (Q) ³ S y Q constante Disminuye Aumenta Igual ³ S y v constante Disminuye Igual Disminuye.

Ejemplo convertir de m³/s a l/s 1)m = 3 1000)l � Fórmula de conversión: Q(l/s) = Q(m /s) × 3 1000 � Ejemplo: Si tienes un caudal de 0.25 m³/s Q = 0.25 × 1000 = 250)l/s 0.25m /s = 3 250l/s.

C) Potencia y Trabajo Potencia Trabajo por unidad de tiempo (que tan rápido se realiza un trabajo). Fórmula: P (Potencia) = W / t W = trabajo t= tiempo Trabajo Presión por variación de volumen (energía transferida por una fuerza que desplaza a un objeto) . Derivación de la fórmula de trabajo realizado por un gas cuando se expande o se comprime a presión constante. Producto de una fuerza por la distancia recorrida. El trabajo (W) se define como fuerza (F) por desplazamiento (�x) La fuerza (F) puede expresarse como presión (P) por superficie (S) Fórmula: W = F · �x = (p· S)· �x = p· �v Unidades SI P Vatio (W) = J/s T Julio (J) t segundo (s) Unidades SI W= Julio (J) P = Pascal (Pa) 4 F = Newton (N) S = Metro cuadrado ( m²) �x= Metro (m) �v = Metro cúbico (m³).

Ejemplo cálculo de Fuerza y de Trabajo de un fluido Partiendo de las definiciones anteriores, podemos calcular la fuerza que ejerce un fluido sobre una superficie, de la siguiente forma: donde: P = presión (Pa) F = fuerza aplicada (N) S = superficie sobre la que actúa la fuerza (m²) � Datos del problema: Supongamos un cilindro hidráulico con las siguientes características: Presión del fluido: P = 2)MPa = 2, 000, 000)Pa Diámetro del pistón: D = 0.1)m Carrera (recorrido del pistón): L = 0.5)m � Paso 1: Calcular el área del pistón S = 4 ÃD2 S = = 4 Ã(0.1)2 0.00785 m2 � Paso 2: Calcular la fuerza ejercida por el fluido F = S × P F = 0.00785X2, 000, 000 = 15, 700N ' Fuerza del fluido: F = 15.7)kN � Paso 3: Calcular el trabajo realizado por el fluido W = F × L W = 15, 700 × 0.5 = 7, 850)J ' Trabajo del fluido: W = 7.85)kJ � Resumen gráfico: Presión del fluido (P) ² 2 MPa ³ [ Cilindro hidráulico ] ± D = 0.1 m ± L = 0.5 m F = S × P = 15.7 kN W = F × L = 7.85 kJ.

La superficie (o área) de un círculo se calcula con la siguiente fórmula: S = Ã)r2 donde: S es el área del círculo. à (pi) j 3,1416. r es el radio del círculo. 1) Si conocemos el radio del círculo. � Ejemplo: El radio del círculo es r=5 cm, entonces: S = Ã × 5 = 2 25à j 78.54)cm2 2) Si conocemos el diámetro D del círculo en lugar del radio, recuerda que: D = 2r r = 2 D Sustituyendo eso en la fórmula del área , obtenemos: A = Ãr2 S = à = ( 2 D) 2 4 ÃD2 � Ejemplo: Si el diámetro es D=10 cm: S = = 4 Ã×102 25à j 78.54 cm2.