Principios De Hidraulica

Hidráulica, aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, para construir dispositivos que funcionan con líquidos, por lo general agua o aceite. La hidráulica resuelve problemas como el flujo de fluidos por conductos o canales abiertos y el diseño de presas de embalse, bombas y turbinas. Su fundamento es el principio de Pascal, que establece que la presión aplicada en un punto de un fluido se transmite con la misma intensidad a cada punto del mismo.

El filósofo y científico Blaise Pascal formuló en 1647 el principio que lleva su nombre, con aplicaciones muy importantes en hidráulica.

Principios de la hidráulica.

Todas las máquinas de movimiento de tierras actuales, en mayor o menor medida, utilizan los sistemas hidráulicos para su funcionamiento; de ahí la importancia que estos tienen en la configuración de los equipos y en su funcionamiento.

Un sistema hidráulico constituye un método relativamente simple de aplicar grandes fuerzas que se pueden regular y dirigir de la forma más conveniente. Otras de las características de los sistemas hidráulicos son su confiabilidad y su simplicidad. Todo sistema hidráulico consta de unos cuantos componentes relativamente simples y su funcionamiento es fácil de entender.

Vamos a tratar de describir algunos principios de funcionamiento así como algunos componentes simples y la forma en que se combinan para formar un circuito hidráulico.

Hay dos conceptos que tenemos que tener claros el de fuerza y el de presión. Fuerza es toda acción capaz de cambiar de posición un objeto, por ejemplo el peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce, sobre el suelo, ese objeto. La presión es el resultado de dividir esa fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el suelo.

De esto sale la formula de Presión = Fuerza/Superficie. P=F/S

De aquí podemos deducir que la Fuerza= Presión X Superficie; y Superficie=Fuerza/Presión.

La presión se mide generalmente en Kilogramos/Cm2.

La hidráulica consiste en utilizar un liquido para transmitir una fuerza de un punto a otro.

Los líquidos tienen algunas características que los hacen ideales para esta función, como son las siguientes:

Incompresibilidad. (Los líquidos no se pueden comprimir)

Movimiento libre de sus moléculas. (Los líquidos se adaptan a la superficie que los contiene).

Viscosidad. (Resistencia que oponen las moléculas de los líquidos a deslizarse unas sobre otras).

Densidad. (Relación entre el peso y el volumen de un líquido). D=P/V La densidad patrón es la del agua que es 1, es decir un decímetro cúbico pesa un kilo.

El principio más importante de la hidráulica es el de Pascal que dice que la fuerza ejercida sobre un liquido se transmite en forma de presión sobre todo el volumen del líquido y en todas direcciones.

Como ejemplo podemos llenar un tubo de agua y colocar dos tapones en los extremos, si golpeamos uno de ellos, el otro saldrá disparado con la misma fuerza que le hemos aplicado al primero. De la misma forma si en cada extremo del tubo colocamos dos cilindros hidráulicos iguales y empujamos uno de ellos con una determinada fuerza, el otro se moverá en sentido contrario con la misma fuerza ejercida.

Ahora bien si el segundo de los cilindros es el doble de grande que el primero, la fuerza ejercida en el primero se multiplicará en el segundo, de forma que por ejemplo si el primero tiene una superficie de 5 Cm2 y ejercemos una fuerza de 10 Kg resulta una presión de 0,5 Kg/Cm2 que transmitida al segundo en el supuesto de que tenga 100 Cm2 de superficie X 0,5 Kg/Cm2 resultará una fuerza de 50 Kg.

Por lo tanto además de poder transmitir la fuerza a cualquier punto, también podemos variar la misma cambiando la superficie sobre la que es ejercida.

Generalmente la fuerza Hidráulica se consigue empujando el aceite por medio de una bomba conectada a un motor, se transmite a través de tuberías metálicas, conductos, latiguillos, etc. y se proyecta en cilindros hidráulicos, motores, etc.

Un circuito hidráulico básico podría constar de un depósito de aceite, una bomba que lo impulsa, una tubería que lo transmite y un cilindro que actúa.

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica que estudia los fluidos en estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición. Los principales teoremas que respaldan el estudio de la hidrostática son el principio de Pascal y el principio de Arquímedes.

La presión (P) se relaciona con la fuerza (F) y el área o superficie (A) de la siguiente forma: P=F/A.

La ecuación básica de la hidrostática es la siguiente:

dP = ρgdh

Siendo:

P: presión

ρ: densidad del fluido

g: la aceleración gravitatoria de la Tierra

h: altura

Principio de Pascal

Rotura de un tonel bajo la presión de una columna de agua.

El principio de Pascal es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase: «el incremento de la presión aplicada a una superficie de un fluido incompresible (generalmente se trata de un líquido incompresible), contenido en un recipiente indeformable, se transmite con el mismo valor a cada una de las partes del mismo».

Es decir, que si se aplica presión a un líquido no comprimible en un recipiente cerrado, esta se transmite con igual intensidad en todas direcciones y sentidos. Este tipo de fenómeno se puede apreciar, por ejemplo, en la prensa hidráulica o en el gato hidráulico; ambos dispositivos se basan en este principio. La condición de que el recipiente sea indeformable es necesaria para que los cambios en la presión no actúen deformando las paredes del mismo en lugar de transmitirse a todos los puntos del líquido.

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes establece que cualquier cuerpo sólido que se encuentre sumergido total o parcialmente en un fluido será empujado en dirección ascendente por una fuerza igual al peso del volumen del líquido desplazado por el cuerpo sólido. El objeto no necesariamente ha de estar completamente sumergido en dicho fluido, ya que si el empuje que recibe es mayor que el peso aparente del objeto, éste flotará y estará sumergido sólo parcialmente.

La hidrodinámica estudia la dinámica de los líquidos.

Para el estudio de la hidrodinámica normalmente se consideran tres aproximaciones importantes:

• que el fluido es un líquido incompresible, es decir, que su densidad no varía con el cambio de presión, a diferencia de lo que ocurre con los gases;

• se considera despreciable la pérdida de energía por la viscosidad, ya que se supone que un líquido es óptimo para fluir y esta pérdida es mucho menor comparándola con la inercia de su movimiento;

• se supone que el flujo de los líquidos es en régimen estable o estacionario, es decir, que la velocidad del líquido en un punto es independiente del tiempo.

La hidrodinámica tiene numerosas aplicaciones industriales, como diseño de canales, construcción de puertos y presas, fabricación de barcos, turbinas, etc.

Daniel Bernoulli fue uno de los primeros matemáticos que realizó estudios de hidrodinámica, siendo precisamente él quien dio nombre a esta rama de la física con su obra de 1738, Hydrodynamica.

Principio de Bernoulli

El principio de Bernoulli es una consecuencia de la conservación de la energía en los líquidos en movimiento. Establece que en un líquido incompresible y no viscoso, la suma de la presión hidrostática, la energía cinética por unidad de volumen y la energía potencial gravitatoria por unidad de volumen, es constante a lo largo de todo el circuito. Es decir, que dicha magnitud toma el mismo valor en cualquier par de puntos del circuito. Su expresión matemática es:

donde es la presión hidrostática, la densidad, la aceleración de la gravedad, la altura del punto y la velocidad del fluido en ese punto. Los subíndices 1 y 2 se refieren a los dos puntos del circuito.

La otra ecuación que cumplen los fluidos no compresibles es la ecuación de continuidad, que establece que el caudal es constante a lo largo de todo el circuito hidráulico:

Donde es el área de la sección del conducto por donde circula el fluido y su velocidad media.

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