Principios físicos La materia se presenta en tres estados físicos: El estado sólido presenta una estructura molecular rígida y sustancialmente Indeformable.El estado gaseoso presenta una estructura molecular perecedera, en la que las moléculas pueden moverse recíprocamente y ejercer acciones entre ellas. El estado líquido tiene propiedades intermedias, en cuanto posee la libertad de forma de los gases y la constancia de volumen de los sólidos. Un líquido cambia fácilmente de volumen para adaptarse al recipiente que lo contiene y por otra parte no sufre variaciones de volumen bajo la acción de fuerzas externas.

La hidrostática es la parte de la física que se encarga del estudio de los líquidos en reposo. Entendemos por fluido cualquier sustancia con capacidad para fluir, como es el caso de los líquidos y los gases. Éstos se caracterizan por carecer de forma propia y por lo tanto, adoptar la del recipiente que los contiene. Por otra parte, los líquidos (difícilmente compresibles) poseen volumen propio mientras que los gases (compresibles), ocupan la totalidad del volumen del recipiente que los contiene.

La hidrodinámica es la parte de la física que estudia los fluidos en movimiento. Si un líquido fluye por un tubo de sección variable, el volumen que pasa en una unidad de tiempo es el mismo independientemente de la sección. La velocidad del flujo varía.

Ecuación de energía (Ecuación de Bernoulli) La ecuación de energía nos dice que un flujo la energía permanece constante, siempre que no haya intercambio con el exterior. La energía total esta compuesta por: Energía potencial: • Energía de posición en función de la altura de la columna de fluido • Energía de presión (presión estática) Energía cinética: • Energía del movimiento (en función de la velocidad del flujo presión - dinámica).

Cuando se disminuye la sección de pasaje, aumenta la velocidad y por lo tanto la energía cinética también aumenta. Dado que la energía total permanece constante es necesario que se reduzcan la energía de posición o la energía de presión, o ambas. La energía de posición varía en forma despreciable en estos casos. Por lo tanto, tiene que variar la presión estática; varia en función de la presión dinámica y ésta es a la vez función de la velocidad.

Escurrimiento Escurrimiento de un líquido ideal En la figura vemos la distribución de velocidad en las partículas que atraviesan una sección cualquiera de un conducto, que, por tratarse de un líquido ideal, tienen toda la misma velocidad. Un fluido ideal no sufre pérdidas de presión al circular por una cañería.

Escurrimiento de un líquido real. Es característica de un líquido real la pérdida de presión distribuida que éste sufre cuando circula por un conducto. Por lo tanto un fluido real al circular por un conducto sufre determinadas pérdidas de energía. Estas pérdidas hacen que la energía total de escurrimiento disminuya gradualmente a medida que ésta se lleva a cabo. Este tipo de pérdidas está asociado a la viscosidad que posee todo el fluido real.

Viscosidad En los líquidos existe un roce interno entre partículas, dicho roce se denomina viscosidad. Se determinan dos tipos de viscosidad, la viscosidad dinámica o absoluta, medida en POISE o CENTIPOISE y la viscosidad cinemática que representa el cociente entre la viscosidad dinámica y la densidad del fluido.En el escurrimiento de un líquido real, las partículas contra las superficies del tubo permanecen estáticas. Existen dos tipos de escurrimiento en un fluido real: Laminar y TurbulentoRégimen Laminar: Las partículas del líquido se mueven formando capas que se deslizan ordenadamente, no hay interferencia entre partículas. El régimen laminar se instaura en bajas velocidades o en los líquidos de elevada viscosidad.Régimen turbulento: Las partículas no se deslizan ordenadamente y en un sentido, sino que se forman remolinos y se interfieren las trayectorias de unas partículas con otras. Este tipo de flujo se instaura en líquidos de baja viscosidad o en velocidades altas. En este tipo de régimen aumentan las perdidas hidráulicas, por lo cual no es deseado en las instalaciones.

Fluidos hidráulicos Los fluidos hidráulicos son de aplicación en todo tipo de industria. Independientemente del segmento industrial del que se trate, metalúrgico, textil, cerámico, transporte, etc. Su comportamiento será función no solo de sus propiedades, sino de la adecuada elección para el sistema en el que deba funcionar. El líquido de propiedades más adecuadas desde el punto de vista hidráulico y económicamente más accesible es el aceite mineral. El principal componente es aceite mineral refinado estando la calidad del mismo íntimamente ligada al grado de refinación de la base. Completándose su composición con el agregado de aditivos.

Las funciones de un fluido hidráulico son: • Mantener sus propiedades durante el mayor tiempo posible de uso. • Actuar como protector de la corrosión del sistema que lo contiene. • Lubricar las partes en movimiento. • No atacar sellos ni empaquetaduras. • Evitar el desgaste de las bombas, válvulas y motores.

Aditivos:Aditivos antiespumantes: La espuma en un aceite hidráulico afecta su compresibilidad y es consecuencia del aire que se incorpora al fluido. Un aceite hidráulico en condiciones atmosféricas normales se satura con un 9% de aire. La solubilidad del aire aumenta con la presión y la temperatura, mientras el aire se encuentre en solución en el aceite no causa efectos negativos. Ante una descompresión, la solubilidad del aire disminuye manifestándose como burbujas finamente divididas. La presencia de burbujas de aire será la causante de cavitación de la bomba y prematura oxidación del aceite disminuyendo su vida útil.

Aditivos antioxidantes: La velocidad con que el aceite se oxida, se oscurece, genera barros, lacas, y en definitiva envejece prematuramente transformándose en no apto como fluido hidráulico, se acelera con el aumento de la temperatura. Cuando se produce una rápida descompresión del aceite, las más pequeñas burbujas de aire ocluido pueden alcanzar rápidamente muy altas temperaturas. El resultado es la oxidación del aceite y la disminución de su vida útil.

Aditivos anticorrosivos:La humedad es uno de los contaminantes mas frecuentes de los aceites hidráulicos ya sea por incorporación a los tambores que los contienen por mal almacenamiento de los mismos, por pérdida de agua, etc.

Aditivos antidesgaste: Son los responsables de disminuir el desgaste que puede producirse, en caso de no estar presentes, en los componentes de la bomba.

Aditivos detergentes y dispersantes: Con ellos se consigue que los productos de oxidación y otras impurezas presentes en el sistema hidráulico se mantengan en suspensión y sean retirados por los filtros.

Bombas hidráulicas: Las bombas en hidráulica, son las máquinas que producen el flujo y que le imprimen al fluido la energía necesaria. La bomba aspira el fluido (casi siempre de un recipiente) y lo expulsa por la conexión de salida hacia el sistema. Las bombas por la concepción de su funcionamiento pueden clasificarse en dos grandes grupos: Bombas hidrodinámicas: Las bombas hidrodinámicas o de desplazamiento no positivo, tales como los tipos centrífugos o de turbina, se usan principalmente para transferir .fluidos donde la .única resistencia que se encuentra es la creada por el peso del mismo fluido y el rozamiento. El líquido es tomado de un deposito donde se hallaba en estado de reposo, es puesto en movimiento dentro de la bomba a notable velocidad y experimenta luego una disminución de velocidad que le permite adquirir presión y por lo tanto vencer las resistencias. Bombas hidrostáticas o volumétricas: Una bomba hidrostática o de desplazamiento positivo es aquella que suministra la misma cantidad de líquido en cada ciclo o revolución de bombeo, independientemente de la presión que encuentre el líquido a su salida. El líquido adquiere el movimiento, o bien la presión, sin experimentar en el interior de la bomba ningún aumento sustancial de velocidad, puesto que es simplemente aspirado y transportado, además el caudal suministrado no depende sensiblemente de la presión.

Cilindros hidráulicos:Los cilindros son componentes oleodinámicos destinados a la transformación de la energía hidráulica proveniente de la bomba en energía mecánica expresada por el producto de una fuerza por un desplazamiento rectilíneo. La fuerza máxima es función de la superficie activa del émbolo y de la presión máxima admisible: F = P . A

Cilindros de simple efecto: Los cilindros de simple efecto se aplican en aquellos casos en los que el trabajo hidráulico actúa solamente en un sentido. La presión solo actúa sobre el émbolo.

Dentro de los cilindros de simple efecto, se encuentran los de embolo buzo o sumergido y los cilindros con muelle.Embolo buzo: Al actuar la presión sobre la superficie del embolo por la conexión A, el embolo sale. Para retornar a la posición inicial se necesita una fuerza externa.

Con muelle:

El cilindro también es accionado hidráulicamente por la conexión A, El retorno del embolo se realiza con el resorte.

Cilindros de doble efecto En los cilindros de doble efecto es posible poner presión en ambas superficies del émbolo.

Tipos de cilindros de doble efecto:

Cilindro de doble efecto con vástago simple

Cilindro de doble efecto con doble vástago

Cilindro diferencial Cilindro telescópico de doble efecto

Cilindro con amortiguación simple en un final de recorrido

Cilindro con amortiguación en ambos finales de recorrido

Cilindro con amortiguación regulable en ambos finales de recorrido

Partes que componen un cilindro doble efecto: 1_Raspador de suciedad2_Tuerca de cierre (lado del vástago)3_Junta del vástago4_Guía del vástago5_Tornillo de purga de aire6_Camisa del cilindro7_Vástago8_Embolo9_Culata10_Junta del embolo

Juntas: Las juntas tienen la función de impedir pérdidas de aceite de fuga en los elementos hidráulicos. Las juntas asumen una función muy importante ya que las pérdidas de aceite de fuga provocan una caída de la presión.

En términos generales puede diferenciarse entre juntas estáticas y juntas dinámicas colocadas entre dos partes móviles. Juntas estáticas: _Junta teórica para la camisa del cilindro _Juntas planas para la del depósito de aceite Juntas dinámicas: _Juntas para el émbolo y el vástago _Juntas geométricas de árbol en elementos giratorios

Válvulas hidráulicas:

_Válvulas de bloqueo: Antirretornos simples: Las válvulas de cierre tienen la función, en un circuito hidráulico, de interrumpir en un

sentido y permitir el flujo libre en el otro. También se los llama antirretornos. Estas válvulas son construidas con cierre por asiento y por consiguiente no permiten fugas. Como elemento de cierre se utiliza una bola o un cono.

Antirretornos con apertura hidráulica: (Construcción sin conexión para fugas), en contraposición con los antirretornos simples, en los antirretornos con apertura hidráulica puede ser levantada la interrupción. Estas válvulas pueden ser utilizadas: - para cerrar un circuito de trabajo con presión - como seguro contra caída de una carga por rotura de una tubería - para evitar avances lentos en consumidores hidráulicosDoble antirretorno con apertura hidráulica Antirretorno doble: Montando dos antirretornos en una misma carcaza, se obtiene el doble antirretorno.

_Válvula de prellenado: Las válvulas de prellenado son válvulas antirretornos de grandes dimensiones. Se utilizan preferentemente para prellenado de grandes cilindros y cierran cuando el circuito de trabajo es sometido a presión.

_Válvulas direccionales: Se controla el arranque, la detención y la dirección del flujo de un fluido y con ello la dirección del movimiento y las posiciones de detención de un cilindro o de un motor hidráulico.

_Válvulas direccionales de asiento: Poseen la capacidad de brindar un cierre sin fugas.

_Válvulas direccionales de corredera: Dadas las múltiples ventajas que ofrece el sistema de corredera lineal, es uno de los más utilizados.

Ventajas: Construcción relativamente sencilla

Buen rendimiento Buena compensación de presiones y con ello fuerzas reducidas de accionamiento Reducidas pérdidas Múltiples espectros de funciones

_Válvulas de presión: La función de las válvulas de presión es influir sobre la presión de un sistema o en parte de él. Estas válvulas pueden ser clasificadas en tres tipos según la función que cumplen. 1. Válvulas limitadoras de presión 2. Válvulas de conexión y desconexión de presión 3. Válvulas reductoras de presión

_Válvulas de flujo: Las válvulas de flujo se utilizan para influir en la velocidad del movimiento de un consumidor, variando la sección de pasaje de flujo. Posibilitan la regulación continua de la velocidad.

_Válvulas estranguladoras: El caudal varía en una misma sección de pasaje, con la diferencia de presiones; mayor Λp, mayor caudal. Este tipo de válvulas son dependientes de la presión y de la viscosidad.

_Válvula doble estrangulador-antirretorno: Están compuestas por dos estranguladoresantirretorno simples dispuestos simétricamente en una placa. Se instalan entre la placa base de conexión y la válvula direccional y se utilizan para controlar la velocidad de un consumidor a través del control de caudal.

_Válvulas reguladoras de flujo: En estas válvulas el caudal es independiente de la diferencia de presiones entre la entrada y la salida. Es decir, el caudal permanece constante cuando la presión varía. Estas válvulas se utilizan cuando se desea, aún con diferentes cargas en el consumidor, una velocidad constante.

_Válvulas proporcionales: Con una válvula proporcional direccional se pueden realizar programas y controles complejos, como por ejemplo: aceleración, desaceleración, y diferentes movimientos de un consumidor.

Depósitos: Cada máquina cuenta con un grupo Motor–Bomba–Depósito ya que una instalación centralizada sería muy costosa, debido a diferentes problemas como por ejemplo: grandes pérdidas de carga, fugas, etc. Un depósito está construido con placas de acero soldadas, el interior está revestido de una pintura que reduce la oxidación, el fondo debe ser inclinado y tener un tapón de drenaje en su punto mas bajo. El depósito debe disponer de tapas que se puedan retirar para proceder a su limpieza, dichas tapas deben estar en la parte lateral del tanque, para evitar la entrada de partículas que contaminen el aceite. El depósito o tanque tiene una serie de funciones:_ Alojar el aceite_Refrigerar_Evacuar aire_Decantar impurezas

Tuberías: La tubería de aspiración debe de estar situada a por lo menos 15cm del fondo del tanque, para no succionar los depósitos de impurezas. El tubo de retorno debe también terminar bajo el nivel del líquido para evitar la formación de espuma. Este se termina a 45º para aumentar la sección, disminuyendo la velocidad de salida y direccionando a la misma, de tal forma que el caudal se dirija hacia las paredes del tanque y se aleje de la línea de entrada a la bomba.

Circuitos oleodinámicos: Están presente 5 funciones distintas: generación de potencia oleohidráulica, control de la presión, control del caudal, control de la dirección, utilización de la potencia oleohidráulica.

Circuitos de pilotaje: Cuando una instalación comprende válvulas direccionales piloteadas, es necesario garantizar la disponibilidad constante de una presión de pilotaje. La solución más segura, constituida por el pilotaje externo, llamado también independiente, se realiza con un circuito de pequeño caudal completamente separado del circuito principal. Cuando, en cambio, la presión piloto se obtiene del circuito principal, las soluciones varían según los casos, dando lugar a las siguientes variantes: _Autopilotaje: La presión de pilotaje se toma del interior de la válvula direccional principal. Si en una de las posiciones o en el paso entre una posición y otra, tal presión falta, es necesario instalar sobre el conducto de descarga T una válvula de estrangulamiento o de contrapresión que mantenga la presión de pilotaje aun cuando la bomba descargue hacia el tanque. _Pilotaje separado: Se obtiene sacando la presión piloto a monte, de una válvula de contrapresión instalada sobre la tubería de envío de la bomba, entre ésta y la válvula direccional principal.

Circuitos con recuperación de caudal: Si la salida de bomba se une al mismo tiempo con ambas conexiones de un cilindro de doble efecto, se produce el movimiento de salida del vástago a una velocidad superior a la que se obtendría alimentando con la bomba solamente la conexión colocada sobre el lado de la cámara mayor del cilindro, la fuerza desarrollada resulta, en cambio menor. La velocidad y la fuerza desarrollada por el cilindro son exactamente las de un cilindro de simple efecto que tenga una sección igual a la del vástago del cilindro considerado.