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Este Blog principalmente, pretende ser una extensión del módulo de Circuitos de Fluidos, Suspensión Dirección por lo que va dirigido a mis alumnos del Ciclo de Grado Medio de Electromecánica de Vehículos Automóviles.

Aquí podréis encontrar una galería de videos, de imágenes, de páginas web de interés, que os resultarán muy interesantes ya que os ayudarán a profundizar en los contenidos propios del módulo.Además, se pondrá a vuestro alcance una serie de archivos que se sumarán a la documentación facilitada en clase.

Finalmente, desde aquí os animo a que participéis en el Blog a través de vuestras sugerencias, opiniones, etc., con la intención de convertirlo en una herramienta útil de mejora de la dinámica del aula, favoreciendo así la comunicación profesor-alumnado.

Y recuerda que si no ven bien la página según cada explorador deben modificar configuración o retocar zoom.

Os saluda atentamente vuestro profesor.

domingo, 8 de noviembre de 2015

Circuitos de Fluidos en Hidráulica y Neumática. LEYES Y MAGNITUDES


FLUIDOS

Los fluidos son sustancias que se adaptan a la forma del recipiente y se pueden trasvasar por canalizaciones. 



Al poderse transvasar la materia fluida de un recipiente a otro se dice que fluye o tiene la capacidad de fluir. Los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes de fluidos.

Por ello los fluidos se clasifican en líquidos y gases.

 Los primeros tienenun volumen constante que no puede modificarse apreciablemente por compresión. Se dice por ello que los líquidos son incompresibles. Los segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el del recipiente que los contiene; los gases son compresibles porque, a diferencia de los líquidos sí pueden ser comprimidos.
Los circuitos hidráulicos y neumáticos permiten transmitir y multiplicar las fuerzas aplicadas por el conductor, el motor, la bomba o un compresor.


1-Fluido ideal:

Cuando los líquidos están en reposo presentan una superficie libre, siempre horizontal, excepto en su contorno. Los líquidos presentan elasticidad de volumen, pero no de longitud ni de forma; además, adaptan su forma a la del recipiente que los contiene.

Un líquido ideal es, por definición, aquél en que sería completamente imposible ejercer una cizalladura. Esto es decir, un líquido sobre el que se le podría dejar flotar sobre él un cuerpo cualquiera y no ejercería éste rozamiento alguno sobre una corriente del líquido. Los líquidos reales se apartan un poco de esta definición, pudiendo ser objeto de pequeñas cizalladuras.



2- Presión de un fluido estático:

Cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo deformable, los efectos que provoca dependen no sólo de su intensidad, sino también de cómo esté repartida sobre la superficie del cuerpo. Así, un golpe de martillo sobre un clavo bien afilado hace que penetre más en la pared de lo que lo haría otro clavo sin punta que recibiera el mismo impacto. Un individuo situado de puntillas sobre una capa de nieve blanda se hunde, en tanto que otro de igual peso que calce raquetas, al repartir la fuerza sobre una mayor superficie, puede caminar sin dificultad.

El cociente entre la intensidad F de la fuerza aplicada perpendicularmente sobre una superficie dada y el área S de dicha superficie se denomina presión:

La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce sobre cada unidad de área de la superficie considerada. Cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea la superficie para una fuerza dada, mayor será entonces la presión resultante.




3- HIDRÁULICA Y NEUMÁTICA. DEFINICIONES

 A-Hidráulica.
La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.       



                                             
 B-Neumática.
La neumática (del griego πνεῦμα "aire") es la tecnología que emplea el aire comprimido como modo de transmisión de la energía necesaria para mover y hacer funcionar mecanismos. El aire es un material elástico y, por tanto, al aplicarle una fuerza se comprime, mantiene esta compresión y devuelve la energía acumulada cuando se le permite expandirse, según dicta la ley de los gases ideales









1.1Fluidos usados en los vehículos:








Clasificación de los fluidos

LíquidosGases
Partes de la física que los estudiaHidráulicaNeumàtica
Mas usados en los circuitos de los vehículos-Aceite
-Líquido de dirección
-Gasolina
-Biodiesel
-Alcohol
-Liquido de refrigeración
-Liquido de frenos
-Líquido para sistemas hidroneumáticos
-Aire
-Nitrógeno
-Freon, R-12 o R-134A




1.2 Propiedades de los fluidos:

-Densidad 
 En física y química, la densidad (símbolo ρ) es una magnitud escalar referida a la cantidad de masa contenida en un determinado volumen de una sustancia. La densidad media es la razón entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa.

La densidad relativa es una comparación de la densidad de una sustancia con la densidad de otra que se toma como referencia. Ambas densidades se expresan en las mismas unidades y en iguales condiciones de temperatura y presión. La densidad relativa es adimensional (sin unidades), ya que queda definida como el cociente de dos densidades.

Densímetro

                                                
-Viscosidad  
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal. En realidad todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento.
Viscosímetro
                                               
 -Capilaridad
La capilaridad es una propiedad de los fluidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.

Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.
 

2.1 Magnitudes, unidades y utensilios de medida:


La presión en los fluidos

El concepto de presión es muy general y por ello puede emplearse siempre que exista una fuerza actuando sobre una superficie. Sin embargo, su empleo resulta especialmente útil cuando el cuerpo o sistema sobre el que se ejercen las fuerzas es deformable. Los fluidos no tienen forma propia y constituyen el principal ejemplo de aquellos casos en los que es más adecuado utilizar el concepto de presión que el de fuerza.

Cuando un fluido está contenido en un recipiente, ejerce una fuerza sobre sus paredes y, por tanto, puede hablarse también de presión. Si el fluido está en equilibrio las fuerzas sobre las paredes son perpendiculares a cada porción de superficie del recipiente, ya que de no serlo existirían componentes paralelas que provocarían el desplazamiento de la masa de fluido en contra de la hipótesis de equilibrio. La orientación de la superficie determina la dirección de la fuerza de presión, por lo que el cociente de ambas, que es precisamente la presión, resulta independiente de la dirección; se trata entonces de una magnitud escalar.
-Presión 
                                                                                 
 -Presión absoluta o barométrica y relativa o manométrica.


 2.2 Tensión superficial:
En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero (Gerris lacustris), desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.


2.3 Unidades de presión: En el SI la unidad de presión es el pascal, se representa por Pa y se define como la presión correspondiente a una fuerza de un newton de intensidad actuando perpendicularmente sobre una superficie plana de un metro cuadrado. 1 Pa equivale, por tanto, a 1 N/m2.

Existen, no obstante, otras unidades de presión que sin corresponder a ningún sistema de unidades en particular han sido consagradas por el uso y se siguen usando en la actualidad junto con el pascal. Entre ellas se encuentran la atmósfera y el bar.

La atmósfera (atm) se define como la presión que a 0 ºC ejercería el peso de una columna de mercurio de 76 cm de altura y 1 cm2 de sección sobre su base.

Es posible calcular su equivalencia en N/m2 sabiendo que la densidad del mercurio es igual a 13,6 · 103 kg/m3 y recurriendo a las siguientes relaciones entre magnitudes:
Peso (N) = masa (kg) · 9,8 m/s2
Masa = volumen · densidad




 Manómetro:
Un manómetro es un aparato que sirve para medir la presión de los gases contenidos en recipientes cerrados. Existen, básicamente, dos tipos de manómetros: los de líquidos y los metálicos.
Los manómetros de líquidos emplean, por lo general, mercurio que llena un tubo en forma de J. El tubo puede estar o abierto por ambas ramas o abierto por una sola. En ambos casos la presión se mide conectando al recipiente que contiene el gas el tubo por su rama inferior y abierta y determinando el desnivel h de la columna de mercurio entre ambas ramas. Si el manómetro es de tubo abierto entonces es necesario tomar en cuenta la presión atmosférica po en la ecuación p = po ± gh. Si es de tubo cerrado, la presión vendrá dada directamente por p = gh. Los manómetros de este segundo tipo permiten, por sus características, la medida de presiones elevadas.
En los manómetros metálicos la presión del gas da lugar a deformaciones en una cavidad o tubo metálico. Estas deformaciones se transmiten a través de un sistema mecánico a una aguja que marca directamente la presión del gas sobre una escala graduada.



FUNCIONAMIENTO DEL MANÓMTRO



Manómetro casero


Barómetro:
Un barómetro es un dispositivo para medir la presión atmosférica. Un tipo de barómetro puede construirse usando un tubo de al menos 800 mm de largo, con un extreme cerrado, y llenarlo con mercurio. A continuación el extremo abierto se tapa con el pulgar y se invierte el tubo, el extremo abierto se coloca en un recipiente de mercurio, y se quita el pulgar. Cuando se quita el pulgar, la altura de la columna de mercurio desciende hasta una altura h, medida respecto al recipiente. Al nivel del mar la altura de la columna de mercurio es en promedio de 760 mm, dependiendo del estado del tiempo.
Hay otros tipos de dispositivos utilizados para la misma finalidad. El llamado barómetro de fortín es, de hecho, una reproducción mejorada del aparato de Torricelli. Su cubeta posee un fondo compuesto de un material flexible, por lo que puede ser alterado mediante un tornillo auxiliar con el fin de conseguir ajustar el nivel del mercurio de la cubeta al cero de la escala graduada cada vez que se efectúa una medida. Los barómetros de sifón son simples manómetros de tubo cerrado en los cuales la rama corta del tubo en J hace las veces de cubeta y la rama larga de tubo de Torricelli.
Los barómetros metálicos o aneroides constan de una caja metálica de paredes relativamente elásticas, en cuyo interior se ha efectuado el vacío. Un resorte metálico hace que las paredes de la caja estén separadas. En su ausencia dichas paredes tenderían a aproximarse por efecto de la presión exterior. Por igual procedimiento variaciones en la presión atmosférica producen cambios en la forma de la caja que se transmiten al resorte y éste los indica, a través de un mecanismo de amplificación, sobre una escala graduada en unidades de presión. Los barómetros metálicos pueden mortificarse de forma que sus resultados queden registrados en un papel. De este modo se puede disponer de información sobre cómo varía la presión atmosférica con el tiempo



BARÓMETRO



4. Leyes de los gases: Ley de Boyle-Mariotte.
La Ley de Boyle-Mariotte (o Ley de Boyle), formulada por Robert Boyle y Edme Mariotte, es una de las leyes de los gases ideales que relaciona el volumen y la presión de una cierta cantidad de gas mantenida a temperatura constante. La ley dice que el volumen es inversamente proporcional a la presión:

donde  es constante si la temperatura y la masa del gas permanecen constantes.
Cuando aumenta la presión, el volumen baja, mientras que si la presión disminuye el volumen aumenta. No es necesario conocer el valor exacto de la constante  para poder hacer uso de la ley: si consideramos las dos situaciones de la figura, manteniendo constante la cantidad de gas y la temperatura, deberá cumplirse la relación:   P1· V1 =  P2 · V2









5. Teorema de Torricelli
 El teorema de Torricelli es una aplicación del principio de Bernoulli y estudia el flujo de un líquido contenido en un recipiente, a través de un pequeño orificio, bajo la acción de la gravedad. A partir del teorema de Torricelli se puede calcular el caudal de salida de un líquido por un orificio. "La velocidad de un líquido en una vasija abierta, por un orificio, es la que tendría un cuerpo cualquiera, cayendo libremente en el vacío desde el nivel del líquido hasta el centro de gravedad del orificio".

 


6. Principio de Arquímedes:

Según un relato histórico, Hiero, rey de Siracusa, encargó una corona nueva. Al recibirla no quedó satisfecho pues sospechaba que el orfebre había adulterado el oro con plata. El rey preguntó a su amigo y matemático Arquímedes, si era posible determinar si la corona era pura sin cortarla, Arquímedes estaba pensando sobre el problema cuando fue a tomar un baño, al introducirse poco a poco en la bañera llena de agua se dio cuenta que el agua que desalojaba era igual al volumen de su cuerpo bajo el agua, según el relato, Arquímedes exclamó, «Eureka» («lo encontré»), saltó del baño y corrió hacia la calle. Lo que había descubierto es que el volumen de la corona, que era de forma irregular, podía hallarse sumergiéndola en agua. Comparando el peso de la corona con el peso de un volumen igual de oro puro, podía determinar si la corona era de oro puro. Según la leyenda, el orfebre había estafado al rey y fue ejecutado! Arquímedes continuó trabajando y escribió el “Sobre los cuerpos flotantes” que estableció los principios generales de la hidrostática.


(imagenes de wikipedia y consejerías)

El principio cuyo nombre se debe a Arquímedes es este:
Un cuerpo que está parcial o totalmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba por una fuerza de módulo igual al peso del fluido desalojado y dirigida verticalmente según una línea que pasa a través del centro de gravedad del fluido desalojado.

Para comprobar este principio a partir de las leyes de Newton, consideremos un objeto en equilibrio mientras está inmerso en el fluido. Si reemplazamos el objeto por un volumen igual de fluido (el fluido desalojado), el fluido desalojado también está en equilibro rotacional y traslacional. La fuerza que el fluido ejerce sobre el objeto y las fuerzas que ejercía sobre el líquido desalojado son las mismas, así pues, la fuerza aplicada por el fluido que limita al objeto debe ser igual al peso de fluido desalojado y debe estar dirigida hacia arriba pasando a través del centro de gravedad del fluido desalojado. Ya que el peso del fluido desalojado es igual a la masa de éste pV por la aceleración de la gravedad, el módulo de la fuerza de empuje F, es:

FE = pgV

Notar que p es la densidad del fluido desalojado y V el volumen de éste.

Este es el principio utilizado en el control de los submarinos. El submarino se sumerge al dejar que se llenen de agua sus tanques de control, pues aumenta el peso del submarino. Para hacerlo subir se desaloja el agua de los tanques con aire comprimido o con bombas.


7. Principio de Pascal: Ley de Pascal.

Hay varios principios de hidromecánica debidos al filósofo francés BLAS PASCAL (1623-1662). Uno de éstos dice que cualquier aumento de presión ejercido sobre cualquier punto del líquido, transmite este aumento de presión a todos los otros puntos del líquido.

Este principio se aplica en las prensas hidráulicas, como las que se usan para embalar materiales, para formar la cubierta de plomo en cables eléctricos y otras aplicaciones semejantes. En el tema anterior “Prensa hidráulica”, he incluido un gráfico esquemático de la misma. Consiste en una masa líquida confinada dentro de dos cilindros metálicos comunicados de secciones a y A, respectivamente, y provistos de sendos émbolos. Al aplicar una fuerza f al émbolo más pequeño, la presión producida debajo de él, aumenta f/a. El mismo aumento de presión se transmitirá al émbolo mayor, de modo que la fuerza ejercida ahora por éste será F = (f/a)A. Luego, F/A = f/a. En las aplicaciones usuales de esta máquina, una gran fuerza ejercida sobre una pequeña distancia se obtiene ejerciendo una fuerza pequeña a lo largo de una distancia grande.

Se puede calcular el desarrollo mecánico de la prensa hidráulica, el desarrollo ideal es A/n, pero el desarrollo real es menor debido al rozamiento entre los émbolos y los cilindros.

Los frenos hidráulicos de los automóviles, funcionan con la presión de un líquido. Un cilindro maestro se halla bajo el pedal del freno y está conectado por tubos metálicos con los cilindros que se encuentran en cada uno de los frenos de las ruedas, y todo el sistema está lleno de un líquido que no se solidifica. Al aplicar la presión del pie, el pistón del cilindro maestro se desplaza hacia dentro comprimiendo el líquido allí; este aumento de la presión se transmite a los cilindros de las ruedas que desplazan sus pistones hacia afuera, ciñendo los tambores con las ruedas con las cintas de los freno





7.1 Prensa hidráulica:
La prensa hidráulica ilustra el principio de Pascal. Con una fuerza pequeña puede inducirse en r una gran presión, debido a que el área en r es pequeña. La misma presión se aplica a cada superficie del fluido, incluyendo el pistón P, y como el área de P es grande, la fuerza total sobre el pistón también es grande. La relación entre la fuerza aplicada en r y la fuerza sobre la paca de algodón en P es igual al cociente entre las áreas de los pistones en r y en P.

P1 = P2 = P

F1 =P · S1
F2 =P · S2

Blanco - Émbolos
Amarillo - Líquido hidráulico.







8. Caudal y ley de continuidad (Líneas de corriente. Ecuación de continuidad. Teorema de Bernoulli)
Si observamos el aspecto del humo ascendente de un cigarrillo, el humo sale adoptando una forma que es constante en el tiempo y luego, más arriba, cambia adoptando un aspecto más complicado que vana con el tiempo. Este régimen variable en el tiempo se denomina turbulencia. Aún no se entiende completamente el movimiento de turbulencia, por lo que comenzamos suponiendo un flujo sin turbulencia, y además nos restringiremos a las condiciones de estado estacionario, de modo que la densidad p, presión p, y velocidad v del fluido en un punto dado son constantes en el tiempo. En este caso, las líneas de flujo para las partículas del fluido son suaves, como en la parte de abajo del aspecto del humo de un cigarrillo, y pueden dibujarse, u observarse experimentalmente. Estas líneas se denominan líneas de corriente, y se dibujan en cada lugar paralelas a la velocidad del fluido. Ya que las partículas se mueven a lo largo de las líneas de corriente, el fluido no cruza una superficie compuesta de estas líneas.

Las líneas de flujo pueden dibujarse de tal manera que formen un tubo de flujo, que es un manojo de líneas de corriente colindantes. Aunque visualizamos al manojo como fijo en el espacio y en el tiempo, la pared de confinamiento no es un tubo sólido, sino más bien una superficie constituida también por líneas de corriente. Consideremos que la región en el tubo es lo bastante delgada como para que la presi8n p, la densidad p, y el módulo de la velocidad v sean uniformes a lo largo de cualquier sección transversal de área A




Efecto VENTURI

El efecto Venturi consiste en que un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido que va a pasar al segundo conducto. Este efecto, demostrado en 1797, recibe su nombre del físico italiano Giovanni Battista Venturi.

El efecto Venturi se explica por el Principio de Bernoulli y el principio de continuidad de masa. Si el caudal de un fluido es constante pero la sección disminuye, necesariamente la velocidad aumenta tras atravesar esta sección. Por el teorema de la conservación de la energía mecánica, si la energía cinética aumenta, la energía determinada por el valor de la presión disminuye forzosamente.







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