Conceptos Fundamentales de Hidráulica, Neumática y Comportamiento de Fluidos

Definiciones Fundamentales

Hidráulica

La hidráulica es una ciencia que estudia la creación de fuerzas y movimientos a partir de fluidos sometidos a presión. Es una rama de la mecánica de fluidos. El fluido utilizado se convierte en el medio de transmisión de energía.

Neumática

La neumática utiliza gases (como aire o nitrógeno) como medio de transmisión de energía.

Fluido (Líquidos y Gases)

Es una sustancia o medio continuo que, debido a su baja cohesión intermolecular, adopta la forma del recipiente que lo contiene. Un fluido responde de diversas formas a esfuerzos constantes.

Ramas de la Hidráulica

• Hidrostática: Estudia los fluidos en reposo o en estado similar.
• Hidrodinámica: Estudia los fluidos en movimiento.

Clasificación de la Materia

Los fluidos se caracterizan en tres estados principales: Sólido, Líquido y Gaseoso.

Sólido

No cambia su forma al ingresar a un envase cualquiera.

Líquido

Se adapta a la forma del envase, dejando siempre una superficie libre.

Gaseoso

Si se coloca en un envase cerrado, ocupa la totalidad del espacio.

Comportamiento de Materiales según la Ingeniería

La ingeniería define los materiales según su comportamiento, basándose en cómo actúan: Sólido, Plástico, Fluido y Plasma.

• Sólido: Un elemento es sólido si, ante una fuerza tangencial, se separa y no cambia su forma después del corte.
• Plástico: Es aquel que, ante una fuerza tangencial, se separa y modifica su forma después, solo por el propio peso de sus partículas.
• Fluido: Ante una fuerza tangencial, sus partículas escurren alrededor de la fuerza, no dejando huellas de separación o vacío. Este comportamiento lo presentan líquidos y gases, por lo tanto, ambos son fluidos.
• Plasma: Es un conjunto de partículas que se cargan de forma electromagnética, se ionizan y actúan colectivamente.

Propiedades de los Fluidos

Características de un Fluido Líquido

De forma ideal, un fluido se mueve de forma ordenada, no se comprime, no se dilata y sus partículas no rotan (girar). Esto no se cumple en un fluido real.

Tipos de Propiedades

• Intensivas: Características propias de los fluidos (ej. Densidad).
• Extensivas: Reglas y características generales.

Densidad

Es una propiedad intensiva que identifica la masa de un material.

Densidad Relativa

Es la relación entre la densidad de un material cualquiera y la densidad del agua.

Tensión Superficial de los Líquidos

Las partículas de la superficie de un líquido tienen mayor cohesión entre ellas y, por lo tanto, mayor tendencia (tensión).

La tensión superficial permite:

• Que se forme una gota.
• Que un insecto se pose sobre ella.
• Que el agua oponga resistencia al ser penetrada.

Compresibilidad

Toda materia que se encuentre en estado sólido, líquido o gaseoso, se comprime ante la aplicación de una fuerza externa. Los aceites hidráulicos se comprimen aproximadamente un 0.5% por cada 70 kg/cm² de presión.

Presión de Vapor de los Líquidos

Existe una proporción entre la presión a la que se somete el líquido y la temperatura a la que este líquido pasa a estado de vapor. Si la presión disminuye de manera importante, por debajo de la presión atmosférica, el líquido puede pasar a estado de vapor a una temperatura muy inferior, incluso a temperatura ambiente.

Viscosidad

Es la resistencia que tienen los líquidos ante esfuerzos constantes. Es la oposición que presentan los líquidos a fluir, es decir, a moverse sobre sus propias partículas.

Presión y Caudal

Presión

Si se ejerce una fuerza "F" que actúa sobre un área "A" y si esta fuerza actúa perpendicularmente (90°), entonces se puede definir presión. Es una fuerza que actúa perpendicularmente sobre un área.

Presión Encerrada en un Estanque o Circuito

La presión que actúa dentro de un elemento cerrado se aplica en forma perpendicular a la pared.

• Gases: Presión igual en todas las direcciones.
• Líquidos: Presión en aumento de acuerdo a la profundidad.

Caudal

Es la cantidad de fluido que pasa por una sección en una unidad de tiempo. Existen dos tipos de caudales:

• Caudal Másico (Q)

  Indica la cantidad de masa (kg, gr, Slug, libras) que pasa por una sección por cada unidad de tiempo (seg, min, hr).

• Caudal Volumétrico

  Indica la cantidad de volumen (cm³, m³, pulg³, litros, galones, etc.) que pasa por una sección en unidad de tiempo.