Sistema de transformacin de energa

Salida de energa

Sistema

Entrada de energa

Unidad Central de Fuerza UCF

Transforma energa elctrica en energa hidrulica

Motor elctrico + Bomba hidrulicaEntrada: energa elctrica mecnicaSalida: energa hidrulica

Diagrama UCF

Potencia =Presin x caudal

Lnea retorno

Diagrama circuito

Actuador lineal

Mando

Direccin

UCF

Potencia hidrulica

P * Q

Trabajo mecnico

Estanque (T/ )

Estanque abierto, capacidad mnima 3 veces el caudal de la Bomba

Rombo Aparato de acondicionamiento

Filtro, Calentador,

Enfriador, etc.

Filtro

Bombas cilindrada fija

Bombas cilindrada variable

Cuadrado

rgano de mando

VLP (LP) Limitadora Presin

LP Vickers modelo CT

Vlvula direccional 2 posiciones

a

b

Vlvula direccional 3 posiciones

a

o

b

Vlvula 2 vas y una posicin

Vlvula 2 vas y dos posiciones

Vlvula 4 vas y 3 posiciones

Actuador lineal

Cilindro neumtico

Doble efecto

sin amortiguacin

Bomba no desplazamiento positivo (centrifugas flujo radial axial)

Uso alto caudal y baja presin

No apta en hidrulica

Bomba desplazamiento positivo
(Tipica de engranajes dentado exterior)

Bomba de Engranajes

Clculo potencia elctrica UCF

Datos

Cilindrada Bomba Paletas = 110 cm3/rev.

Presin de trabajo = 70 bar

Potencia elctrica UCF

P = p * Q ((bar * L/min.)/600) Kw

Q Bomba = (110 cm3/rev. * 1450 rpm)/100

Q Bomba = 161,7 L/min.

P = 70 * 161,7/ 600 = 18,8 Kw

Datos

Presin de trabajo (p)= 70 bar

Revoluciones motor = 1450 rpm

Q = Desplazamiento bomba por vuelta * rpm

Hidrosttica

S A1 = A2 = A3

Luego F1 = F2 = F3

p1 = *g*h

p2 = *g*h

p3 = *g*h

h

p1

p2

p3

S P1 = P2 = P3

P1

P2

P3

F3

F2

F1

A1

A2

A3

y las reas

Luego las fuerzas

Ley de Pascal

Ley de Pascal, que enunciada simplificadamente dice: la presin en cualquier parte de un fluido sin movimiento tiene un solo valor, independiente de la direccin;

o dicho de otra forma:

La presin aplicada a un lquido confinado se transmite en todas direcciones y ejerce fuerzas iguales sobre reas iguales.

Representacin Ley de Pascal

(F) Fuerza

p

A

La presin siempre acta en forma vertical o sobre las superficies que limitan el recipiente"

Presin

Transmisin de Fuerzas

F2/F1 = A2/A1

F1

F2

A1

A2

S1

S2

F2= (A2/A1) * F1

Transmisin de presin

p1/ p2 = A2/ A1

A1

A2

P1

P2

F1

F2

Caudal

Se define el caudal como la cantidad de fluido que atraviesa una seccin dada por unidad de tiempo. Esta cantidad de fluido se puede expresar de dos formas, en masa o en volumen

Caudal Msico

es el expresado en unidades de masa.El caudal msico se expresa en kg/s

Caudal volumetrico

es el expresado en unidades de volumen.

El caudal volumtrico es el m3/s.

En la prctica se emplea el l/mn, o el m3/hora

Caudal msico y volumtrico

el caudal msico y el caudal volumtrico estn relacionados a travs de la densidad del fluido, que en el caso de los gases es variable con la presin y la temperatura

Friccin y prdida de carga

La energa hidrulica no se puede transmitir libre de prdidas a travs de tuberas

La prdida de energa hidrulica que se produce significa una prdida de presin.

Hidrocintica

Ley de continuidad

A travs de un tubo con distintas secciones transversales, pasan dentro de un mismo periodo de tiempo volmenes idnticos.

Esto significa que la velocidad de flujo del fluido debe aumentar en los puntos donde se produce angostamiento

Velocidad v = Q/A

Ley de conservacin de la energa

la energa total de un caudal de lquido no vara mientras no se introduzca energa desde el exterior ni se entregue energa hacia el exterior

Energa

Energa Ep y Ec

Ep = Energa potencial

Ec = Energa cintica

Energa potencial

Energa de posicin, en funcin de la columna de lquido y de la presin esttica

Energa cintica

Energa de movimiento, en funcin de la velocidad de flujo y de la presin dinmica

ecuacin de Bernoulli

Referido a la energa de presin ello significa

donde

ptotal =presin total

pst = presin esttica

presin por altura de la columna de lquido

presin dinmica

prdida de presin

p (prdidas)

La dimensin de las prdidas por friccin depende especialmente de:

- La longitud de la tubera,
- La seccin transversal de las tuberas,
- La rugosidad de las paredes del tubo,
- La velocidad de flujo y
- La viscosidad del lquido

Tipo Flujos

Se diferencian dos tipos de flujo:

- Flujo laminar y
- Flujo turbulento

Flujo laminar

Se denomina flujo laminar cuando la velocidad de los lquidos hace que estos se mueven por capas, dnde la capa interna del lquido tiene la mayor velocidad dado que la capa externa est detenida en la pared del tubo

Flujo turbulento

Se denomina flujo turbulento cuando supera la velocidad crtica y este se vuelve arremolinado

Velocidad crtica

La velocidad crtica no es una magnitud definida. Depende de la viscosidad del fluido y de la seccin transversal de flujo

La velocidad crtica se puede calcular y en instalaciones hidrulicas no deber ser superada

Nmero de Reynold Re

El tipo de flujo se puede determinar a groso modo con el nmero de Reynold Re

Reynold Re

Re crtico = 2300

Este valor vale solo para tubos redondos, tcnicamente lisos y rectos

Flujo turbulento y laminar

Ejemplo
Clculo Velocidad v = Q/A

Clculo velocidad en la tubera

Datos:

Lnea de Presin (1-1/4 = 32 mm)Q = 0.00162833 m3/s tubera = 32 mm = 0.032 mr tubera = 16 mm = 0.016 m

Clculo velocidad

Desarrollo:

A = PI *r2

= 3.1415 * 0.016^2

= 0.00080425 m2

v = Q/A

= 0.00162833/ 0.00080425

= 2.02 m/s

Tipo Flujos

Se diferencian dos tipos de flujo:

- Flujo laminar Re< 2300, y
- Flujo turbulento Re > 2300

Nmero de Reynold Re

El tipo de flujo se puede determinar a groso modo con el nmero de Reynold Re

v =la velocidad de flujo en m/s,
dh = el dimetro hidrulico en m, es igual al dimetro interno del tubo, = 4 * A/U
A = Superficie de la seccin transversal,
U = permetro (2 * PI * r),
= viscosidad cinemtica en m2/s

Variables

Clculo para caera de 32 mm de

dh = 4 * A/2*PI*r (U)

= 4* 0.00080425/ 0.100530

= 0.03200009 m

Clculo # Re

V = 2.02 m/s

dh = 0.032 m

= 0.000068 m2/s (40C)

2.02 * 0.032/ 0.000068

Re = 950,6

V * dh

Re =

Reynold Re

Re crtico = 2300

Este valor vale solo para tubos redondos, tcnicamente lisos y rectos

Tabla Viscosidad

Viscosidad

Comparaciones Re

Flujo turbulento y laminar

=

=

Pa

m

N

A

F

P

2

te

Cons

v

p

h

g

tan

=

+

+

*

2

2

r

2

2

v

h

g

p

p

st

total

*

+

*

*

+

=

r

r

h

g

*

*

r

2

2

v

*

r

n

h

e

d

v

R

*

=

h

g

p

*

*

r

=

3

2

1

A

A

A

=

=

3

2

1

F

F

F

=

=

h

T

Vicos. m2/s

# Re

2 C

0,0008896

73

6 C

0,0005310

122

40 C

0,0000680

951

45 C

0,0000534

1210

50 C

0,0000427

1514

55 C

0,0000346

1868

60 C

0,0000284

2276

80 C

0,0000145

4458