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Curso: Hidráulica Especialidad: Mantenimiento de Maquinaria Pesada 3er Semestre Profesor: Miguel León Mozo Tecsup - 2018
Seguridad • • • •
Teléfono en caso de emergencia. emergenc ia. Extintores de incendio. Rutas de Evacuación. Peligros potenciales de la sala.
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Temario • • • • • • • • •
Fundamentos de Hidráulica. Válvulas Reguladoras de Control Control de Presión. Válvulas Reguladoras de Control de Caudal. Caudal. Válvulas Direccionales / Distribución. Distribución. Válvulas de Retención. Bombas hidráulicas. Actuadores: Cilindros y Motores Hidráulicos. Hidráulicos. Mangueras, Filtros, Enfriadores. Conteo de Partículas, Partícu las, Acumuladores, Acumulador es, Tanque Tanque
Sistema de Evaluación (40%) • Prácticas Calificadas (40%) • Laboratorio (60%) (60%)
• Rúbricas (…)
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Temario • • • • • • • • •
Fundamentos de Hidráulica. Válvulas Reguladoras de Control Control de Presión. Válvulas Reguladoras de Control de Caudal. Caudal. Válvulas Direccionales / Distribución. Distribución. Válvulas de Retención. Bombas hidráulicas. Actuadores: Cilindros y Motores Hidráulicos. Hidráulicos. Mangueras, Filtros, Enfriadores. Conteo de Partículas, Partícu las, Acumuladores, Acumulador es, Tanque Tanque
Sistema de Evaluación (40%) • Prácticas Calificadas (40%) • Laboratorio (60%) (60%)
• Rúbricas (…)
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Continuación… Todo tiene nota: • Trabajos en clase. • Trabajos para la casa. • Prácticas Calificadas (04)
Continuación… No hay excusa que valga
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Continuación… No pretendan engañar…
Continuación… No haga esto!
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Continuación… No haga esto!
Unidad 1 Fundamentos de Hidráulica
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Objetivo Al terminar esta unidad el estudiante estará en la capacidad de aplicar los principios/fundamentos básicos en el comportamiento de un sistema hidráulico.
Importancia Completar esta unidad con éxito le permitirá al estudiante aplicar los conocimientos básicos de sistemas hidráulicos, como también realizar cálculos básicos referentes a caudal y presión dentro de un sistema hidráulico.
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Mensaje
Continuar…
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Temas Sistemas Hidráulicos. Hidráulicos. (L01) (L01) • Introducción a los Sistemas • Ventajas Ventajas y desventajas de los Sistemas hidráulicos. (L01) Explic icar ar y demo demost stra rarr los los prin princi cipi pios os fu fund ndam amen enta tale less de los los • Expl Sistemas hidráulicos, básica (Fuerza = Presión x Área). (L02) • Explicar y demostrar los efectos de un flujo a través de un orificio. (Serie / Paralelo) (L03) • Explicar la generación de presión y de caudal. (L04)
Principios de los Sistemas Hidráulicos LECCION 01 INTRO!CCI"N# $ENT%&%' ( E'$ENT%&%'
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Introducción
Introducción ¿Qué necesita éste equipo para que pueda levantar el cucharón según las especificaciones del diseño?
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Continuación… Transferencia y multiplicación de Fuerzas
Continuación… Transferencia y multiplicación de Fuerzas
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Continuación… Transferencia y multiplicación de Fuerzas S.Internacional (kPa) S.Métrico (bar) S.Inglés (Psi)
1 kPa = 0.01bar = 0.145 Psi 1 Psi = 6.895 kPa = 0.069 bar
Continuación… Si el Sistema Hidráulico recibe energía mecánica y entrega energía mecánica, entonces: ¿Porqué no eliminamos el Sistema Hidráulico?
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Continuación… )IR*!LIC% IN!'TRI%L
)IR*!LIC% EN EL 'ECTOR MO$IL + M %,!IN%RI% PE'%%
%PLIC%CIONE'
)IR*!LIC% EN CON'TR!CCIONE' L!$I%LE'# L%C!'TRE' + M%R.TIM%'
)IR*!LIC% EN L% M%RIN%
)IR*!LIC% EN T/CNIC%' E'PECI%LE'
Continuación…
Imagen: Máquina de Inyección de plástico Fuente: www3.unileon.es
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Continuación…
Imagen: Trituradora de cono HPC (Hidráulica) Fuente: www.trituradora-de-pieda.com
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Continuación…
Continuación…
994K - CAT
WA1200 - KOMATSU
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Continuación… )IR*!LIC% IN!'TRI%L
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Continuación…
Imagen: Compuerta para la protección de una ciudad en el mar. Fuente: Texto Curso Hidráulica - Tecsup
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Continuación…
Imagen: Exclusas del Canal de Panamá Fuente: http://www.metalactual.com/revista/16/construccion_canal.pdf
Continuación…
Imagen: Exclusas del Canal de Panamá Fuente: http://www.metalactual.com/revista/16/construccion_canal.pdf
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Continuación…
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Continuación…
Imagen: Plataformas petroleras en la sonda de Campeche Fuente: Notimex
Continuación… )IR*!LIC% IN!'TRI%L
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Continuación…
Imagen: Portacontenedor Fuente: Ingenieriafantastica.blogspot.com
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Continuación…
Imagen: Equipo de simulación con 3 grados de libertad Fuente: Curso Hidráulica - Tecsup
Continuación… • Los Sistemas Hidráulicos son indispensables en la operación del equipo pesado. • Por lo que se debe entender las ventajas y desventajas vistas desde varios contextos.
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Continuación… • Los líquidos toman la forma del recipiente que los contiene. • Los líquidos también fluyen en cualquier dirección al pasar a través de tuberías y mangueras de cualquier forma y tamaño.
¿Qué es la Hidráulica? Se define la Hidráulica como la transmisión y control de fuerzas por medio de un líquido que en la mayoría de los casos se trata de aceite pero también pueden ser líquidos sintéticos. La transformación de la energía en un circuito hidráulico se puede representar de la siguiente manera:
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Continuación… Dinái!" #$ %&'i#() in!(*+$n)i,&$)
HIDRÁULICA
L.'i#() $n +$*()(
T/!ni!" #$ +"n)i)in #$ *($n!i" $#i"n$ %&'i#() (&$()
Fluidos Comprensible e Incompresible FLUIDO COMPRESIBLE NEUMATICA
FLUIDO INCOMPRESIBLE HIDRAULICA
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Continuación… • Los líquidos son prácticamente incomprensibles. • Un líquido ocupa el mismo espacio o volumen, aun si se aplica presión.
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Ventajas… FACILIDAD DE OBTENER GRANDES FUERZAS Y TORQUES. • Los valores de fuerza a obtener son ilimitados; se trabaja a las mismas presiones y solo se incrementa el área de los actuadores.
Continuación… EXACTITUD DE MOVIMIENTO Y DE POSICIONAMIENTO. • Pueden lograrse grandes exactitudes y precisiones al trabajarse con un fluido prácticamente incompresible. Además los sistemas hidráulicos pueden controlarse electrónicamente en lazo abierto o en lazo cerrado (feed back) lográndose un control preciso de sus parámetros.
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Continuación… EXACTITUD DE MOVIMIENTO Y DE POSICIONAMIENTO.
Continuación… EXACTITUD DE MOVIMIENTO Y DE POSICIONAMIENTO.
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Continuación… EXACTITUD DE MOVIMIENTO Y DE POSICIONAMIENTO.
Continuación… FÁCIL CONTROL Y REGULACIÓN. • Las magnitudes de regulación y control de la hidráulica son: PRESIÓN Y CAUDAL las cuales con sus correspondientes parámetros de fuerza, torque, velocidad y aceleración son fáciles de controlar regulándose en niveles (digital) o en forma continua (análogo).
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Continuación… RELACIONES PESO/ INERCIA Y POTENCIA. • Para la misma potencia mientras el peso de un motor hidráulico es como 1, el peso de un motor eléctrico es como 14.
Continuación… RELACIONES PESO/ INERCIA Y POTENCIA. • Para la misma potencia un motor hidráulico tiene inercia de 1 y un motor eléctrico tiene una inercia de 70. Los motores hidráulicos tienen menor tiempo de respuesta.
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Continuación… RELACIONES PESO/ INERCIA Y POTENCIA. • Mientras que para la misma potencia un motor hidráulico tiene un tamaño de 1, un motor eléctrico tiene un tamaño de 26.
Continuación… VELOCIDAD VARIABLE. • Motores eléctricos funcionan a una velocidad constante. El actuador (lineal o rotativo) de un sistema hidráulico, puede moverse a velocidades infinitamente variables, variando el Q de la bomba, o usando una válvula de control de Q o una válvula proporcional.
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Continuación… VELOCIDAD VARIABLE. • Un ((+ #$ !(,')in in$+n" 3i+" $n +"&$n " 500 800 +* $n !",i( !(n 'n ((+ i#+á'&i!( )$ *'$#$n (,$n$+ !'"&.'i$+ 3"" #$ 6$&(!i#"# !(n '!" %&$7i,i&i#"#
Continuación… REVERSIBILIDAD • Pocos actuadores son reversibles. Los que son reversibles, generalmente deben decelerarse y luego acelerarse lentamente, en cambio un actuador hidráulico puede invertirse, instantáneamente, en pleno movimiento, sin problemas.
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Continuación… REVERSIBILIDAD
Continuación… REVERSIBILIDAD
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Continuación… PUEDEN BLOQUEARSE • (velocidad = 0). El bloqueo de un motor eléctrico causa daños o funde el fusible. Un actuador hidráulico, puede quedar bloqueado sin producir daños y arrancará inmediatamente en cuanto disminuya la carga.
Continuación… SON SISTEMAS AUTOLUBRICADOS • Ya que tienen como principal fluido al aceite el cual no solo transporta la energía sino también lubrica todas las partes del sistema.
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Continuación… • • • • • • • •
Facilidad de obtener grandes fuerzas y torques. Exactitud de movimiento y de posicionamiento. Fácil control y regulación. Relaciones peso/ inercia y potencia. Velocidad variable. Reversibilidad. Pueden bloquearse. Son sistemas autolubricados.
Desventajas ALTAS PÉRDIDAS EN FORMA DE ENERGÍA CALORÍFICA • La viscosidad del aceite es de 20 a 80 veces mayor a la viscosidad del agua, por ello que las pérdidas cuando circula el fluido a través de mangueras, tuberías, accesorios y en general de todo elemento generara pérdidas. • Por ello que la energía hidráulica no se puede trasladar a grandes distancias y tratan de ser muy compactos.
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Continuación… SENSIBILIDAD A LA SUCIEDAD • El principal motivo de falla de un sistema hidráulico con una probabilidad del 70 al 80 % (cifras mundiales) es la suciedad que se introduce en el sistema hidráulico.
Continuación… DEPENDEN DE LA TEMPERATURA • La viscosidad del aceite depende de la temperatura, lo que hace que los sistemas hidráulicos dependan de la temperatura.
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Continuación… FUGAS INTERNAS • En algunos componentes originando pérdidas de velocidad y precisión.
Continuación… • • • •
ALTAS PÉRDIDAS EN FORMA DE ENERGÍA CALORÍFICA. SENSIBILIDAD A LA SUCIEDAD. DEPENDEN DE LA TEMPERATURA. FUGAS INTERNAS.
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Sistema Neumático • UN GAS PUEDE COMPRIMIRSE • Cuando un gas se comprime desplazamiento es menor.
ocupa
menos
espacio,
su
Continuación… Son sistemas que emplean fluidos para desarrollar fuerza y realizar movimientos.
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PRINCIPIOS DE HIDRÁULICA LECCION 02 )IR*!LIC% *'IC%
Hidráulica Básica • La Ley de Pascal, “la presión ejercida en un líquido, contenido en un recipiente cerrado, se transmite íntegramente en todas las direcciones y actúa con igual fuerza en todas las áreas”.
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Continuación… • La Ley de Pascal, “la presión ejercida en un líquido, contenido en un recipiente cerrado, se transmite íntegramente en todas las direcciones y actúa con igual fuerza en todas las áreas”.
Continuación… VENTAJA MECÁNICA E
%
C
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Sistema de Unidades
Continuación…
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Continuación…
PRINCIPIOS DE HIDRÁULICA LECCION 0 EECTO' EL L!&O %TR%$E' EL ORIICIO
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Efecto del Orificio
Continuación… UN ORIFICIO RESTRINGE EL FLUJO
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Continuación… • CAIDA DE PRESIÓN 20 bar
50 bar
C
B
∆ p = 30 bar
∆ p = kQ
2
Continuación… DICHA CAÍDA DE PRESIÓN DEPENDE PRINCIPALMENTE DEL CAUDAL:
∆ p = kQ • • • • • •
2
La viscosidad. La temperatura. El área (diámetro) del estrangulamiento. La rugosidad. La longitud. La forma del conducto.
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Continuación…
Continuación… • DICHA CAÍDA DE PRESIÓN SE APLICA A LA VELOCIDAD CON QUE CIRCULA EL FLUIDO EN SU PUNTO DE ESTRANGULAMIENTO 20 bar
50 bar
B
C ∆ p = 30 bar
∆ p = kv
2
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Continuación… Que sucede si aumentamos el caudal. ¿Habrá mayor caída de presión?
C
B
∆ p = 30 bar
Continuación… Si a través de la misma tubería circula mayor caudal la caída de presión aumenta. 20 bar
180 bar
B
C p
160 bar
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Continuación… Que sucede si el fluido esta en reposo. ¿Habrá mayor, menor, nada de caída de presión?
C
Continuación… La presión es igual en todos los puntos de un recipiente que mantiene a un fluido en reposo 20 bar
20 bar
B
C ∆ p = 0 bar
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Continuación… Bloqueo del flujo de aceite al tanque.
Continuación… Restricción del flujo en un CIRCUITO EN SERIE .
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Continuación… Restricción del flujo en un circuito en serie.
Continuación… Ejemplo: OFRECE UNA RESISTENCIA EQUIVALENTE A
OFRECE UNA RESISTENCIA EQUIVALENTE A 10 BAR
30 BAR
40 bar BOMBA
B
C
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Continuación… • R$)+i!!in #$& %&'( $n 'n CIRCUITO
EN
PARALELO
Continuación… • Ejemplo:
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Continuación… OFRECE UNA RESISTENCIA EQUIVALENTE A 10 BAR
• Ejemplo:
10 bar
A OFRECE UNA RESISTENCIA EQUIVALENTE A 30 BAR
BOMBA
B OFRECE UNA RESISTENCIA EQUIVALENTE A 50 BAR
C
Continuación… • Ejemplo:
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Continuación… • Ejemplo:
PRINCIPIOS DE HIDRÁULICA LECCION 03 4ENER%CI"N E C%!%L + PRE'I"N
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Caudal • LU:O ;OLUM
t 12 3
9
V
6
Q=
V t
Continuación… • CO=TI=UIDAD QEMBOLO = Q
QVASTAGO ≠ Q
D1
Q= v× A
BOMBA HIDRAULICA QDESCARGA = Q
Q1 = Q2
v1 × A1 = v 2 × A2 M
Q
D0
QSUCCION = Q
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Continuación… QEMBOLO = Q
QVASTAGO ≠ Q
D1
BOMBA HIDRAULICA QDESCARGA = Q
M
Q
=
=
D0
ML1
QSUCCION = Q
=6
Continuación…
APLICACIÓN • La bomba toma aceite del tanque y lo envía hacia el sistema. • La bomba envía caudal constante hacia el sistema en forma continua. • La línea de succión tiene un mayor diámetro que la línea de descarga
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Continuación… • ANALIZANDO
QEMBOLO = Q
QVASTAGO ≠ Q
D1
BOMBA HIDRAULICA QDESCARGA = Q
M
Q
D0
QSUCCION = Q
Continuación… CONCLUIMOS . •“El caudal es el mismo en la línea de succión y en la línea de descarga”. •“El caudal en la tubería es igual al caudal en la zona del embolo del pistón”. •“El caudal en el lado del émbolo es diferente al caudal al lado del vástago del cilindro”.
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Continuación… • ANALIZANDO
QEMBOLO = Q
QVASTAGO ≠ Q
D1
BOMBA HIDRAULICA QDESCARGA = Q
M
Q
D0
QSUCCION = Q
Continuación… CONCLUIMOS . •“La velocidad en la zona de succión es menor que en la zona de descarga”. •“La velocidad del fluido es mayor en la tubería que en la zona del embolo del pistón”. • “La velocidad es la misma al lado del émbolo que al lado del vástago”.
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Generar caudal CAUDAL EN LA BOMBA O MOTOR EN RÉGIMEN CONTÍNUO (DV) BOMBA HIDRAULICA característica fisica = D.V.
Q = DV × n n Q = DV.n
Continuación… EJEMPLO Calcular el caudal (GPM) que impulsa una bomba de engranajes si tiene un desplazamiento volumétrico DV de 10 cm3 por revolución y esta acoplada a un motor eléctrico de 1800 rpm.
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Continuación… Sabemos que:
Continuación… MEDIR CAUDAL • Caudalímetro.
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Continuación… TIPOS • TURBINAS DE MEDICIÓN: Sus revoluciones indican la magnitud del caudal. • “Las revoluciones son proporcionales al caudal”. Q≈n
3
5
4
0
Continuación… TIPOS • DIAFRAGMA: La pérdida de presión medida en el diafragma es proporcional al cuadrado del caudal. • “Un aumento en el caudal produce un aumento cuadrático de la caída de presión”
p
p
1
2
∆ p
Q
2
≈ ∆p
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¿Qué es Presión?
Generación de Presión BOMBA OLEOHIDRÁULICA:
Envía caudal al sistema.
VÁLVULA DE SEURIDAD:
V!lvula "ue a#e$tu$a %de&a #asa$ al 'luid() al val($ en #$esi*n al "ue +a sid( $e,ulada.
V. DE ES-RAULAMIE-O:
ene$a $esistencia al #as( del 'luid(.
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Continuación… Como se Genera la Presión La presión se genera siempre que el flujo consiga una resistencia.
1 - En una carga de algún actuador.
2 - Por resistencias en la tubería (orificio).
Continuación… 2 – Las tuberías llevan el liquido a los actuadores que mueven una carga. Piston 1 - La bomba empuja el liquido hacia las tuberias.
Vastago
Carga
Bomba
"uccion #etorno
'anque
$l tanque
% – $lgunos actuadores trabajan en linea recta (Lineales ! se denominan cilindros& ! se usan para levantar pesos& ejercer uer)a& sujetar& etc.
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Continuación… 4000 Kg
Carga de un Actuador
2 – actuando sobre un area de 100 cm2
1 - L a ue r)a d e + , ,, g .
100 cm2 40 Kg/cm2
Bo mba 10 lpm % – *eneran una presion de 40 Kg/cm2
Continuación… 4000 Kg 1 – " i s e p ie rd en l pm por causa de una uga interna de aceite.
2
100 cm
40 Kg/cm2
Bomba
10 lpm 2 – /l aceite restante (1lpm se encargara de subir la carga. % – La presion sigue siendo 40 Kg/cm2
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Continuación… p = 0 bar
VALVULA APERTURA - CIERRE
BOMBA
10 l/min
VALVULA DE SEGURIDAD
Q= 10 l/min, Válvula de alivio a 80 bar y a una válvula de apertura – cierre.
Continuación… p ↑
VÁLVULA APERTURA - CIERRE
BOMBA
10 l/min
VALVULA DE SEGURIDAD
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Continuación… p = 80 bar
VALVULA APERTURA - CIERRE
BOMBA
10 l/min
VALVULA DE SEGURIDAD
Multiplicador de Fuerza
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Continuación…
C5lculo 6e l7 presión
=.
=15.91
C5lculo 6e l7 fuerz7 en el puno
F=15.91 .
!
F=1"5#$%&
Continuación…
Aplicando una fuerza pequeña sobre un área pequeña, se obtiene una fuerza grande aplicada sobre un área grande.
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Multiplicador de Presión
Continuación…
“Las presiones generadas son inversamente proporcionales a las áreas”.
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Factores de Conversión
Continuación…
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Fundamentos de Hidráulica
Curso de Hidráulica para la formación profesional – Festo Didactic. Manual de Olehidráulica industrial - Vickers
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I97gen: >.'i*( *$)"#( ?Li$,$++@ uene: B('',$!(
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