Fundamentos de Fluidos Industriales: Propiedades, Principios y Aplicaciones en Hidráulica y Neumática

Fundamentos de los Fluidos en Tecnología Industrial

Propiedades Generales de los Líquidos

Los líquidos son sistemas deformables constituidos por un número infinito de puntos materiales aislados. Sus propiedades fundamentales son:

• Isotropía: Presentan siempre las mismas características, independientemente de su dirección.
• Movilidad: Se amoldan a la forma del recipiente que los contiene.
• Viscosidad: Resistencia a la deformación o al flujo.
• Compresibilidad: Disminuyen su volumen al estar sometidos a un incremento de presión.

Hidrostática: Estudio de los Líquidos en Reposo

La hidrostática estudia los líquidos en reposo. El principio fundamental es la ecuación de equilibrio de una masa líquida. Si sumergimos un cuerpo en un fluido, la presión ejercida por este es proporcional a la profundidad a la que se encuentre:

P = ρ · g · h

Principio de Pascal

La presión ejercida sobre un fluido estático en equilibrio dentro de un recipiente indeformable se transmite con igual intensidad en todas sus direcciones y en todos los puntos del fluido.

Principio de Arquímedes

Un cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido en reposo recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido desalojado. Si el peso del cuerpo es mayor que el empuje, se hunde.

Hidrodinámica: Conceptos Clave de Fluidos en Movimiento

Ecuación de Continuidad (Principio de Conservación de la Masa)

Expresa la idea de que la masa de un fluido que entra por un extremo de un tubo debe salir por el otro extremo, asumiendo un flujo incompresible y sin pérdidas.

Efecto Venturi

Un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar su velocidad después de pasar por un estrechamiento.

Caudal Volumétrico

Volumen de fluido que pasa a través de una sección de un conducto en una unidad de tiempo (m³/s).

Caudal Másico

Masa de fluido que pasa por unidad de tiempo (kg/s).

Pérdidas de Carga

Pérdida energética del fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que lo contiene. Factores influyentes incluyen: velocidad, tipo y viscosidad del flujo, longitud de los tubos y cambios de dirección, y rugosidad de las superficies.

Potencia

Un fluido a presión produce una fuerza sobre las superficies que están en contacto con él:

F = P · S

Fluidodinámica en Neumática

Los fluidos en neumática se caracterizan por su fluidez, elasticidad y compresibilidad. El aire es un excelente resorte debido a estas propiedades. Sus características relevantes son:

Humedad del Aire

El aire atmosférico contiene un determinado porcentaje de vapor de agua, conocido como Humedad Absoluta. El aire saturado es aire que contiene toda la humedad posible a una temperatura y presión dadas.

Humedad Relativa (HR)

Es el coeficiente entre la proporción de vapor de agua en una masa de aire en relación con la cantidad necesaria para alcanzar el punto de saturación:

HR = (Contenido real de agua / Cantidad de agua saturada) · 100%

Punto de Rocío

Es la temperatura a la cual el aire alcanza el punto de saturación. Consideraciones según la humedad relativa:

• Humedad relativa inferior a 100%: El aire es seco y el punto de rocío es inferior a la temperatura ambiente.
• Humedad relativa igual a 100%: El aire está saturado.
• Humedad relativa superior a 100%: Se produce la formación de nieblas o condensación.

Fluidodinámica en Oleohidráulica

Los fluidos en la oleohidráulica se utilizan principalmente para transmitir potencia, minimizar fugas y reducir pérdidas de carga. Sus características esenciales incluyen:

• Punto de Fluidez: Indica la temperatura más baja a la que el fluido puede fluir sin solidificarse.
• Poder Antiespumante: Capacidad de evitar la formación de espuma cuando se mezcla aceite y aire.
• Poder Antiemulsivo: Capacidad del aceite para separar el agua de sí mismo, evitando la formación de emulsiones estables.
• Resistencia al Envejecimiento: Capacidad de resistir la oxidación por el oxígeno y la degradación química a lo largo del tiempo.
• Punto de Congelación: Temperatura a la cual el líquido deja de fluir y se solidifica.
• Punto de Inflamación: Temperatura mínima a la que los vapores del fluido se inflaman brevemente al acercar una llama.
• Punto de Anilina: Indica el poder disolvente del fluido, relevante para la compatibilidad con juntas y sellos de tuberías (puede hincharlas o endurecerlas).
• Punto de Autoignición: Temperatura a la que los vapores del fluido se autoencienden sin necesidad de una llama externa.
• Untuosidad: Propiedad de los aceites para adherirse a las superficies metálicas, formando una película lubricante que reduce la fricción.

Aditivos en Fluidos Hidráulicos

Sustancias que se añaden a los fluidos hidráulicos base en pequeñas cantidades para proporcionar características y prestaciones deseadas. Se clasifican principalmente en mejoradores de las cualidades básicas y aditivos inhibidores.

Tipos de Fluidos Hidráulicos Utilizados

Se distinguen principalmente dos categorías según su aplicación y seguridad:

• Fluidos Derivados del Petróleo: Utilizados comúnmente cuando no hay peligro de incendio.
• Fluidos Resistentes al Fuego: Empleados cuando existe un riesgo significativo de incendio. Estos se subdividen en:
  • Fluidos Sintéticos: Su resistencia al fuego se consigue por las características intrínsecas de sus componentes químicos.
  • Fluidos de Base Acuosa: Su resistencia al fuego se consigue por la presencia de agua. Incluyen:
    • Mezclas de agua y glicol.
    • Mezclas de agua en aceite (emulsiones inversas).
    • Mezclas de aceite en agua (emulsiones directas).