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1-Fundamentos de Neumática e Hidráulica
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Composición del aire
Gas Proporción en aire seco(%)
Masa Molecul
ar
Símbolo
químico
Punto de ebullición
- M -
por volume
npor
peso(kg/
kmol) K (oC)
Oxígeno 20.95 23.20 32.00 O2 90.2 -182.95
Nitrógeno 78.09 75.47 28.02 N2 77.4 -195.79
Anhidro Carbónico 0.03 0.046 44.01 CO2 194.7 -78.5
Hidrógeno0.0000
5 ~ 0 2.02 H2 20.3 -252.87
Argón 0.933 1.28 39.94 Ar 84.2 -186
Neón 0.0018 0.0012 20.18 Ne 27.2 -246
Helio 0.00050.0000
7 4.00 He 4.2 -269
Kryptón 0.0001 0.0003 83.8 Kr 119.8 -153.4
Xenón 9 10-6
0.00004 131.29 Xe 165.1 -108.1
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Conceptos básicos
• Propiedades de los gases ideales
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PROPIEDADES DE LOS GASES
1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente. 2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.
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PROPIEDADES DE LOS GASES
3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea. 4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.
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Conceptos básicos:presión
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Presión
Fuerza
Área
=
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Principio de Pascal
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Unidad Básica en el Sistema Internacional de
Unidades
m2 = Pa = Pascal
N
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Demostración del Principio de Pascal
Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el embolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión.
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Equivalencias de Presión
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Escalas de presión
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Relación de Presión Atmosférica y Altura
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Columna de Líquido: Presión Atmosférica
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Conceptos Básicos:densidad
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Densidad
ρ = masa/ volumen
ρ = densidad en kg/m3 ; kg/dm3 ; lb-m/ feet3 ; otras
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Gravedad específica, peso específico relativo o densidad relativa
Se compara la densidad de un fluido con la del agua
SG =ρF
ρW
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Gravedad específica
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Densidad y volumen específico del aire con la altura
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Conceptos Básicos:Peso específico
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Peso Específico - Densidad
γ = ρ x g
donde• γ = peso específico en N/ m3 ; kp/dm3
• g = aceleración de gravedad en m/s2
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Presión por altura de líquido
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¿Cuántos bar deberá marcar
con 5 m de nivel de cerveza?
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¿La presión más alta está en A, B, C, D ?
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Conceptos Básicos:Ecuación de Continuidad
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V1 x S1 = V2 x S2
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Conceptos Básicos:Ecuación de Bernoulli
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E. de presión + E. de altura + E. de velocidad = cte.
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Para Recordar
¿Porqué muere la mosca?
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Conceptos Básicos:Instrumentos
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Manómetro Bourdon
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Manómetro de Membrana
La presión actúa sobre un lado de la membrana
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Manómetros con líquido
•Especiales para medir presiones dinámicas y de vibraciones
•Carcasa de acero inoxidable
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Manómetro de Seguridad
· Uso especialmente en la industria química· Materiales resistente a los ataque químicos· Tienen una pared de seguridad de separación· Vidrio de seguridad de varias capas · Pared colapsable posterior
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Manómetro con Contacto Eléctrico
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Manómetro de Tubo Abierto
Conexión de medida
Tubo abierto
Depósito
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Manómetro con escala inclinada
Inicio lectura
Término lectura
Δh
α
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Transductor Piezoeléctrico
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Ley de Boyle-Mariotte
Tenemos un cierto volumen de gas (V1) que se encuentra a una presión P1. Si variamos la presión a P2, el volumen de gas variará hasta un nuevo valor V2, y se cumplirá:
P x V= K
P1 x V1= P2 x V2 P = absoluta
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Bomba de aire de Boyle
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La ley de Charles
• En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye.V1
V2=
T1
T2
T= Kelvin
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Soy Jacques Alexandre César Charles nacì en Francia en 1746
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LEY DE GAY-LUSSAC• La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:• Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.• Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.
P1P2
=T1T2
P, T = absoluta
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Ley de Avogadro
• Asegura que en un proceso a presión y temperatura constante (isóbara e isotermo), el volumen de cualquier gas es proporcional al número de moles presente, de tal modo que:
• (T, P ctes.)
V1V2
=n1
n2
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Ecuación general de los gases ideales
• Para una misma masa gaseosa (por tanto, el número de moles (n) es constante; n=cte), podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.
=p1 V1
T1T1
p2 V2n1 n2
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NTP STP
Acetileno (C2H2) 1,092 1,17
Aire 1,205 1.293
Amoniaco (NH3) 0,717 0,769
Argón (Ar) 1,661 1,78
Butano (C4H10) 2,489 2,5
Cloro (Cl2) 2,994 3,21
Cloruro de Hidrógeno (HCl) 1,528 -
Criptón (Kr) - 3,73Dióxido de
Azufre (SO2) 2,279 2,926Dióxido de
Carbono (C02) 1,842 1,977
Etano (C2H6) 1,264 -
Ethyne (C2H4) - 1,26
Fluor (F2) 1,574 1,7
Gas
Densidad
(kg/ m³ )
NTP STP
Helio (He) 0,1664 0,178
Hidrógeno (H2) 0,0893 0,09
Metano (CH4) 0,668 0,717Monóxido de Carbono (C0) 1,165 1,25
Neón (Ne) - 0,9
Nitrógeno (N2) 1,165 1,25
Oxido Nítrico (NO) 1,249 -
Oxigeno (O2) 1,331 1,429
Propano (C3H8) 1,882 -
Propeno (C3H6) 1,748 -
Radón (Rn) - 9,73Sulfuro de
Hidrógeno (H2S) 1,434 -
Xenón (Xe) - 5,89
Densidad
(kg/ m³ )
Gas
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Condiciones • NTP - Densidad gases en condiciones normales de Temperatura (20ºC) y Presión (101,6 kPa)
• STP - Densidad gases en condiciones estándar de Temperatura (0ºC) y Presión (101,325 kPa)
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Cálculo de la viscosidad de un gas
♠ La viscosidad absoluta o dinámica depende fuertemente de la temperatura
♠ La influencia de la presión es menor a un 10%
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Cálculo de la viscosidad de un gas
constante de Sutherland,C To (oR) µo (centipoise)
standard air 120 524.07 0.01827ammonia, NH3 370 527.67 0.00982carbon dioxide, CO2 240 527.67 0.01480carbon monoxide, CO 118 518.67 0.01720hydrogen, H2 72 528.93 0.00876nitrogen, N2 111 540.99 0.01781oxygen, O2 127 526.05 0.02018sulfur dioxide, SO2 416 528.57 0.01254
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Flujo Turbulento y Laminar de los gases
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Flujo turbulento y laminar en líquidos
• Se determina en base al número de Reynolds:
• ρ: densidad del fluido• vs: velocidad característica del fluido• D: Diámetro de la tubería a través de la
cual circula el fluido• μ: viscosidad dinámica del fluido• ν: viscosidad cinemática del fluido
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Flujo turbulento y laminar: también influye la velocidad
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Flujo turbulento y laminar: flujo alrededor de un obstáculo
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Rapidez de flujo de fluido por volumen
La cantidad de fluido que fluye en un sistema por unidad de tiempo se puede expresar de las siguientes maneras:Rapidez de flujo de volumen (Q):
Es el volumen de flujo de fluido que pasa por una sección por unidad de tiempo (más conocida como CAUDAL).
Q = v ⋅A Q = V/t
v: velocidad promedio del flujoA: área de la sección transversal
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Rapidez de flujo de fluido por peso
Rapidez de flujo de peso (W):
Es el peso de fluido que fluye por una sección por unidadde tiempo.
W = γ ⋅Q
γ: peso específico del fluidoQ: rapidez de flujo de volumen o caudal
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Rapidez de flujo de fluido
Rapidez de flujo de masa (M):
Es la masa de fluido que fluye por una sección por unidadde tiempo.
M = ρ ⋅Q
ρ: densidad del fluidoQ: rapidez de flujo de volumen o caudal
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Unidades de la Rapidez de un fluido
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Algunas Unidades Útiles
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Conversión de unidades de flujo I
convertir de
m3/s 22800000 15852 2119 19000000 13200
m3/min 380000 264.2 35.32 316667 220
m3/h 6333.3 4.403 0.589 5277.8 3.67liter/sec 22800 15.852 2.119 19000 13.20liter/min 380 0.2642 0.0353 316.7 0.22liter/h 6.33 0.0044 0.00059 5.28 0.0037
US gpd 1 0.000695 0.000093 0.833 0.000579US gpm 1438.3 1 0.1367 1198.6 0.833
cfm 10760.3 7.48 1 8966.9 6.23Imp gpd 1.2 0.00083 0.00011 1 0.00069Imp gpm 1727.3 1.2 0.161 1439.4 1
IMP gpm
multiplicar por convertir a
US gpd US gpm cfm IMP gpd
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Conversión de unidades de flujo II
converetir de
m3/s 1 60 3600 1000 60000 3600000
m3/min 0.0167 1 60 16.67 1000 60000
m3/h 0.000278 0.0167 1 0.278 16.67 1000
liter/sec 0.001 0.06 3.6 1 60 3600
liter/min 0.0000167 0.001 0.06 0.0167 1 60
liter/h 2.7 10-7 0.000017 0.001 0.00028 0.0167 1
US gpd 4.39 10-8 0.0000026 0.000158 0.000044 0.0026 0.158
US gpm 0.000063 0.00379 0.227 0.0630 3.785 227.1
cfm 0.00047 0.028 1.699 0.472 28.32 1698.99
Imp gpd 5.26 10-8 0.0000032 0.000189 0.0000526 0.00316 0.1895
Imp gpm 0.000076 0.0046 0.272 0.076 4.55 272.7
multiplicar por
convertir a
m3/s m3/min m3/h liter/sec liter/min liter/h
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Medición de Caudal de Gas
G.Hoernig 63
Medición de Gases
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