La
neumática y la hidráulica se encargan respectivamente del estudio
de las propiedades de los gases comprimidos y de los líquidos.
El
termino fluido hace referencia a los gases y líquidos
indistintamente, y que presenta como característica común que estos
cuerpos, al no poseer forma propia, son capaces de adoptar la forma
del recipiente que los contiene, bien sea ocupando su volumen de una
forma total (gases) o parcial (líquidos).
Un
fluido almacenado en un recipiente ejercerá una fuerza sobre las
paredes del mismo. La fuerza ejercida por unidad de superficie se
denomina presión.
Fuerza
(F) se mide en N
Superficie
(S) se mide en m2
Presión
(P) se mide en Pa
La
unidad de presión es el Pascal (pa) que equivale a 1 N/m2.
También se emplean otras unidades:
1
atm = 101300 Pa = 760 mmHg = 1013 mb
Los
manómetros miden la presión de un gas encerrado en un recipiente.
Un manómetro consiste en un tubo en forma de «U» con un líquido
en su interior, que suele ser mercurio. Para medir la presión de un
gas encerrado en un recipiente, se conecta a él una de las ramas del
manómetro, lo que hace que la otra rama suba o baje según la
presión del gas sea mayor o menor que la presión atmosférica.
El
barómetro es un instrumento para medir la presión atmosférica, es
decir, la fuerza por unidad de superficie ejercida por el peso de la
atmósfera.
Los
gases y los líquidos no se comportan de igual manera al someterlos a
una presión. Al presionar un líquido no se consigue que varíe
apreciablemente su volumen, salvo que la presión sea muy alta. Al
presionar un gas, por el contrario, el volumen varía
apreciablemente.
La atmósfera de aire que rodea la Tierra es un fluido. Se trata de una
capa gaseosa de unos 1000 Km de altura, cuya densidad disminuye a
medida que ascendemos. En la proximidad de la superficie terrestre
donde habitamos la densidad es de 1’3 Kg/m3,
unas 750 veces inferior a la del agua 100 Kg/m3
La
presión atmosférica se demostró y se encontró con el experimento
de Torricelli. Tomo un tubo de vidrio lleno de mercurio y lo
introdujo boca abajo sobre una cubeta llena de este mismo metal. El
mercurio empezó a descender hasta una altura de 760 mm. ¿Quién
sujetaba la columna de mercurio?... Evidentemente, era la presión
atmosférica. La presión atmosférica varía entre 740 y 780 mm Hg
Caudal: es la cantidad de fluido que atraviesa una sección de la tubería en la unidad de tiempo.
Q=V/t=S*L/t= S*v
V volumen (m3)
t tiempo (s)
S superficie (m2)
l longitud (m)
v velocidad (m3/s)
Q=V/t=S*L/t= S*v
V volumen (m3)
t tiempo (s)
S superficie (m2)
l longitud (m)
v velocidad (m3/s)
Principio
de Arquímedes:
Todo
cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia
arriba igual al peso del fluido desalojado.
Sobre
un cuerpo sumergido en un líquido actúa: el peso, P, que ejerce la
Tierra y el empuje, E, que es la fuerza vertical hacia arriba que
experimenta un cuerpo, cuando está sumergido en un líquido. Pueden
ocurrir tres casos, dependiendo de las densidades relativas del
sólido y del fluido.
Principio
de Pascal:
La
presión ejercida en un punto cualquiera de un líquido en equilibrio
se transmite íntegramente a todos los puntos del fluido.
Así,
los fluidos pueden emplearse para multiplicar o reducir la fuerza que
aplicamos sobre ellos.
Aplicaciones:
- Prensa hidráulica
Cuando
sobre el émbolo de menor sección S1
se ejerce una fuerza F1
la presión p1
que se origina en el líquido en contacto con él se transmite
íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del
líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la
presión p2
que ejerce el fluido en la sección S2,
es decir:
Dependiendo del pistón que se presione se consigue amplificar o reducir la fuerza sobre el otro pistón.
- Vasos comunicantes.
Es
el nombre que recibe un conjunto de recipientes comunicados por su
parte interior y que contienen un líquido homogéneo; se observa que
cuando el líquido está en reposo alcanza el mismo nivel en todos
los recipientes, sin influir la forma y volumen de estos. Esto se
debe a que la presión que se ejerce en un líquido sólo depende de
la altura y no de las dimensiones o forma del recipiente que lo
contiene.
Circuitos
neumáticos:
Los
circuitos
neumáticos
son instalaciones que se emplean para generar, transmitir y
transformar fuerzas y movimientos por medio del aire comprimido
sometido a una presión mayor que la atmosférica. La neumática
resulta útil para esfuerzos que requieren precisión y velocidad y
proporcionan movimiento lineal y circular y desarrollan grandes
fuerzas. Para comprenderlos mejor se pueden comparar con los
circuitos eléctricos (pila → compresor, cable → tubería,
bombilla o motor → cilindro, interruptores → válvulas)
Aplicaciones:
- Apertura y cierre de puertas de autobuses y trenes.
- Herramientas: taladros, perforadoras, martillos, pistolas de pintor, pulverizadores…
- Brazos de robot.
- En la distribución de la alimentación animal, para el pesado del ganado.
- Minería.
- Empujar y levantar cargas en cadenas de montaje.
- Dentista.
Ventajas:
- La materia prima, el aire, es abundante y gratuita.
- Se puede transportar fácilmente mediante tuberías.
- Se puede almacenar en depósitos.
- Es seguro, no existe peligro de explosión ni incendio.
- Es limpio (importante para industrias químicas, alimentarias, etc.).
- No le afectan las temperaturas extremas.
- No hay riesgo de sobrecarga.
- La velocidad de trabajo es alta y se puede regular.
Desventajas:
- Debe ser preparado antes de usarlo, eliminando la humedad y las impurezas que pueda contener.
- Debido a que el aire se comprime, no permite velocidades de los elementos de trabajo regulares y constantes.
- Los esfuerzos de trabajo son limitados (hasta 30.000 N).
- Es ruidoso debido a los escapes de aire.
- Es costoso, porque aunque el aire es gratuito hace falta gastar energía para comprimirlo.
Circuitos
hidráulicos.
Un
circuito
hidráulico
es un sistema que comprende un conjunto interconectado de componentes
separados que transporta líquido. El propósito de este sistema es
controlar el flujo del fluido o controlar la presión del fluido,
como fluido se suele utilizar agua o aceite industrial.
Los
circuitos hidráulicos se emplean en aquellas aplicaciones en las que
se necesite conseguir presiones más elevadas que las que pueden
conseguir los circuitos neumáticos. Además se consiguen movimientos
más lentos y precisos, ya que los líquidos no varias de volumen.
Las instalaciones hidráulicas son considerablemente más caras que
las neumáticas.
Aplicaciones:
- Prensa hidráulica: prensar aceitunas y extraer aceite, como elevadores o gatos hidráulicos en talleres mecánicos…
- Frenos hidráulicos de un automóvil.
- Brazo hidráulico: grúas, se utilizan en minería, construcción...
Ventajas:
- Permite trabajar con fuerzas más grandes que la neumática.
- El aceite empleado en el circuito se recupera fácilmente. La velocidad de actuación es fácilmente controlable.
- Las instalaciones son compactas. Protección simple contra sobrecargas.
- Pueden realizarse cambios rápidos de sentido.
- El fluido es más caro.
- El fluido es muy sensible a la contaminación.
- Se producen pérdidas de carga por rozamiento.
- Es necesario personal especializado para su mantenimiento.
Nomenclaturas:
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