SISTEMA HIDRÁULICO EN LOS AUTOMÓVILES AUTOMÓVILES
En el siguiente trabajo veremos los cuatro diferentes sistemas hidráulicos que habitan en un automóvil, lo cual hace más eciente el funcionamiento del auto. La suspensión del vehículo es muy importante en el mundo del tuning. Esta parte de la mecánica del vehículo se puede llevar hasta etremos en los que entonces entramos en la suspensión hidráulica. !ablando de los frenos en virtud de que la mayoría de ellos son accionados hidráulicamente, hidráulicam ente, es conveniente que repasemos brevemente los principios hidráulicos que los hacen funcionar. "na transmisión automática o #cambio automático# es una caja de cambios de automóviles u otro tipo de vehículos que puede encargarse por sí misma de cambiar la relación de cambio automáticamente automáticamente a medida que el vehículo se mueve, liberando así al conductor de la tarea de cambiar de marcha manualmente. $ispositivos parecidos pero más grandes tambi%n se usan en las locomotoras di%sel y máquinas de obras p&blicas, y en general cuando hay que transmitir un par muy elevado. 'radicionalmente las desmultiplicaciones no se obtienen con engranajes paralelos, como en los cambios manuales, sino con engranajes epicicloidales. epicicloidal es. (ediante unos dispositivos de mando hidráulico adecuado se inmovili)a selectivamente selectivamente uno o más de los componentes de dichos trenes epicicloidales, epicicloidal es, denominado denominadoss tambi%n engranajes planetarios * para nali)ar veremos veremos que la dirección dirección hidráulica hidráulica es verdaderamente verdaderamente eciente ya que su función es reducir la fuera de conductor al girar el volante y suele ser más fácil maniobrar el vehículo. SISTEMA DE FRENOS
El sistema de frenos es básicamente un amplicador amplicador de la fuer)a que el conductor aplica sobre el pedal, transmiti%ndola a los frenos para detener las ruedas. El primer amplicador que se encuentra es el pedal y dependiendo de su mayor o menor longitud amplica la fuer)a. El segundo elemento amplicador amplicador es el servofreno, el cual ayudado por el motor crea una diferencia de presiones, vacío en un lado y presión atmosf%rica al otro+ al accionar el freno colabora con el esfuer)o del conductor. conductor. Entre mayor sea el diámetro mayor será la amplicación.. omo tercera ayuda está el sistema hidráulico comprendido amplicación entre el cilindro maestro -omba/ y los cilindros receptores -$e rueda/, a mayor diferencia entre entre las áreas de los pistones del cilindro maestro y de los pistones del cilindro de rueda, mayor amplicación se obtendrá. Entre más grande sea el diámetro de los cilindros en las ruedas y más peque0o el de la bomba, la amplicación de la fuer)a de frenado es mayor. 1l llegar al
nal del sistema encontramos que las )apatas son otro amplicador que act&an como una palanca mecánica y su efecto es directamente proporcional a la longitud, entre el punto de apoyo -anclaje/ y el punto en que se aplica la fuer)a -del pistón/. El elemento que se encuentra en movimiento es la campana en conjunto con la rueda y sobre aquella actuaran las )apatas para detener el movimiento -2reno de tambor/. 1 mayor diámetro de campana mayor potencia. En el freno de disco, el elemento que gira es el rotor -$isco/ y contra %l se apoyarán las pastillas para inmovili)arlo. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA
Los frenos hidráulicos utili)an la presión de un líquido -presión hidráulica/ para for)ar las )apatas de freno hacia fuera, contra las tamboras. El sistema consta esencialmente de dos componentes3 el pedal del freno con un cilindro maestro y el mecanismo de freno de ruedas, junto con los tubos o conductos correspondientes y las pie)as de sujeción. 1l funcionar, el movimiento del pedal del freno fuer)a a un pistón para que se mueva en el cilindro maestro. Esto aplica presión a un líquido delante del pistón. 4bligándolo a pasar 5 bajo presión 5 a trav%s de los conductos de freno hacia los cilindros de ruedas. ada cilindro de rueda tiene dos pistones, como se aprecia. ada pistón está acoplado a una de las )apatas de freno mediante un pasador accionador. 6or tanto, cuando el líquido es for)ado al interior de los cilindros de ruedas, los pistones resultan empujados hacia fuera. Este movimiento fuer)a las )apatas tambi%n hacia fuera, poni%ndolas en contacto con la tambora. Los pistones, generalmente, son mayores en las ruedas delanteras, debido a que, cuando se aplican los frenos, el impulso de avance del vehículo lan)a más peso sobre dichas ruedas. 6or consiguiente, es necesario un mayor esfuer)o de frenaje en las ruedas delanteras para obtener un frenaje equilibrado. CILINDRO MAESTRO
. El pistón del cilindro maestro desarmado. El pistón del cilindro maestro está articulado al pedal del freno mediante una disposición de palanquilla que proporciona una considerable ventaja mecánica. Es decir, el empuje sobre el pedal del freno se multiplica varias veces por la disposición de la palanquilla. 6or ejemplo, en la disposición mostrada en la 2ig. 7, un empuje de 899 libras sobre el pedal del freno producirá un empuje de :;9 libras en el pistón, cuando se apliquen los frenos por primera ve). El pistón al moverse hacia adentro en el cilindro maestro, pasa por la lumbrera de compensación. Esto atrapa el líquido del cilindro que se encuentra delante
del pistón. La presión sube rápidamente y el líquido es for)ado a trav%s de los conductos de freno hasta los cilindros de ruedas. 5. CILINDRO DE RUEDAS
La presión hidráulica aplicada entre las dos )apatillas del pistón fuer)a a %ste hacia fuera. 6or consiguiente, los pasadores accionadores de las )apatas fuer)an a %stas porque entran en contacto con las tamboras. Las )apatillas del pistón están hechas de tal manera, que la presión hidráulica la fuer)a apretadamente contra la pared del cilindro de rueda. Esto produce un buen sellaje, que mantiene al líquido en el cilindro. 6. CARRERA DE RETORNO
En la carrera de retorno, la tensión del muelle sobre la articulación del freno y la presión del resorte contra el pistón del cilindro maestro fuer)an al pistón a moverse hacia atrás en su cilindro. 1hora, el líquido /. 1l descender la presión, la válvula de retención ce cierra, atrapando unas cuantas libras de presión en los conductos y cilindros de rueda. Esta presión sirve para evitar que los cilindros de rueda tengan salideros y tambi%n para reducir las posibilidades de que el aire penetre en el sistema. 7. CILINDROS DE RUEDAS DOBLES
La 2ig. ? muestra una disposición que utili)a dos cilindros de rueda. ada cilindro tiene un solo pistón, que acciona &nicamente una de las )apatas de freno. @. !"61= 4 =ELL4= Las chupas o sellos son elementos encargados de dar estanqueidad en los ilindros (aestros, ilindros de Aueda, Limitadores, !idrovac, etc., en que se necesita evitar el paso del líquido yBo despla)arlo en el sistema. Las chupas deben ser compatibles con el líquido en el cual se van a desempe0ar generalmente líquidos en base sint%tica.
SUSPENSION HIDRAULICA
La suspensión hidráulica básicamente lo que hace es elevar y bajar el coche de una forma notable, creando un efecto de salto, ya sea lateral, frontal o trasero. =uele reali)arse en tuning, muscle, y en vehículos llevado al etremo ya que supone un cierto atractivo en este estilo de tuning. 4tro caso muy vistoso de suspensión hidráulica en acción son los LoCriders, se los baja lo más cercano posible al suelo, y hasta se llegan a hacer competencias de saltos con ellos. El sistema funciona sobre bombas hidráulicas, similar como el sistema hidroneumático del legendario D'A4E $=. En el maletero trabajan varios motores el%ctricos y bombas que producen la presión de aceite. on esta presión se activan los cilindros hidráulicos que sustituyen junto con los muelles refor)ados la suspensión original. Los cilindros son manejados sobre palancas y rel%s, que provocan el baile. La bombas necesitan una gran capacidad de energía, que viene de numerosas baterías, tambi%n se puede montar en el maletero. uanta más energía, más alto y rápido son los movimientos !ay cinco categorías en que los LoCrider se distribuyen3 2at $ancer Los 2at $ancer son vehículos listos para rodar con un peso a partir de 8>99 Fg. La mayoría de los 2at $ancers son coches de los EE."". con un peso total de hasta G@99 Fg. =e pueden hacer varios movimientos y bailes. $ancer La diferencia a los 2at $ancers es el peso, estos coches los hay hasta 8>99 Fg. Aadicals Este tipo de LoCrider conoce a fondo los movimientos más espectaculares. La base son coches muy ligeros sin motor, transmisión y equipo interior a favor de bombas y baterías. En las competiciones gana quien puede hacer los movimientos y saltos más radicales. 6untos etras hay si el coche aterri)a con el techo o queda destruido. =hoC and =hine En esta categoría hay todas clase de peso. Estos LoCriders son tambi%n aptos para rodar. En estos vehículos está invertido mucho trabajo en los detalles y son normalmente presentados sin muchos movimientos. Lo especial son las pinturas etravagantes y los interiores nobles. Los modelos se transportan con remolques a los shoCs para protegerlos, por eso llevan tambi%n el nombre #'railer Hueen#. !opper !oppers hay muy pocos en Europa. 6ueden hacer botes de etrema altura con el eje delantero. SISTEMA DE TRANSMISIONES HIDRÁULICAS
El tipo predominante de transmisión automática es la que funciona hidráulicamente, usando un acoplamiento componentes mecánicos principales3 8. El convertidor de par, que en el momento del arranque del vehículo reduce las revoluciones del motor hacia el primario o entrada al cambio, ganando en la misma proporción par motor, para irlas igualando progresivamente al ir el vehículo alcan)ando una mayor velocidad, hasta que el par del motor y el del primario se igualan cuando las velocidades son las mismas. G. Los engranajes que constituyen las velocidades, que son generalmente conjuntos de trenes epicicloidales -ver gura/ que se acoplan y desacoplan con frenos y embragues de discos m<iples accionados por presión hidráulica. 7. El conjunto o #caja# de válvulas hidráulicas que seleccionan los diferentes frenos y embragues, para ir cambiando las velocidades. >. La bomba hidráulica que suministra la presión para accionar los frenos y embragues, así como para el convertidor. Jómo se determinan los puntos de cambioK El momento de decisión para saber cuándo se pasa de una velocidad a otra depende de G parámetros3 a/ La posición del pedal acelerador, es decir la carga motor que demanda el conductor al vehículo -cuesta arriba, llano, descenso, n&mero de pasajeros o de carga/. b/ La velocidad del vehículo. Esto permitirá a la transmisión cambiar a relaciones más largas más tarde y a mayor r%gimen motor cuando circule cuesta arriba respecto de cuando circule cuesta abajo o en llano. 1ntiguamente, el control de los frenos y embragues se hacía de modo eclusivamente hidráulico, mediante una serie de válvulas hidráulicas reguladas mecánicamente desde el pedal acelerador para el parámetro de carga por un lado, y de modo centrífugo -salida de la transmisión/ para el parámetro de la velocidad del vehículo. $esde hace ya a0os, estas se0ales se detectan el%ctricamente y se procesan electrónicamente, encargándose un
calculador o unidad electrónica de mando del cambio -'(/ de activar las válvulas de mando, que ahora son electrohidráulicas. En caso de fallo el%ctrico o electrónico, siempre que haya presión hidráulica se sigue disponiendo de las posiciones básicas mecánicas que se describen a continuación, quedando en la #$# normalmente ja una desmultiplicación, la >. o 7. seg&n el n&mero de marchas. SISTEMA DE DIRECCION HIDRÁULICA
Las direcciones hidráulicas fueron de los primeros modelos de dirección asistida que se utili)aron junto con las de vacío. 6ero las primeras terminaron por imponerse. =on las más habituales en toda clase de vehículos aunque están siendo sustituidas por las electroMhidráulicas y el%ctricas. $e forma que apenas se montan en los nuevos modelos. La dirección hidráulica utili)a energía hidráulica para generar la asistencia. 6ara ello utili)a una bomba hidráulica conectada al motor. Lo habitual es que est% acoplada directamente mediante una correa. El funcionamiento puede variar dependiendo del fabricante, pero el modelo más general aprovecha la propia cremallera como pistón hidráulico para generar la asistencia. $e esta forma, cuando el conductor gira el volante el sensor hidráulico permite el paso del
el volante, lo que resulta en un esfuer)o menor por parte del conductor. 6or el contrario a velocidades mayores donde el par a aplicar es peque0o, la dirección apenas ayudará al conductor y será %ste el que deba hacer el esfuer)o. En este caso, si la dirección aplicara gran parte del esfuer)o necesario para girar las ruedas, el conductor debería aplicar una mínima parte, dando una sensación de inseguridad. Este <imo punto es un criterio subjetivo, ya que no todos los conductores tienen las mismas preferencias. =erá por tanto el fabricante del vehículo el que deba elegir el nivel o cantidad de asistencia que se dará en cada momento en función de su criterio. iveles de asistencia bajos obligarán al conductor a un mayor esfuer)o, generalmente resultando en una conducción más incómoda o cansada. iveles de asistencia mayores obligarán al conductor a esfuer)os menores, pero conlleva una dirección más sensible a los movimientos del conductor. Psta es una crítica que generalmente se aplica a las direcciones el%ctricas, lo que se suele llamar Qfalta de tactoR o Qque transmite poca informaciónR. 4tra de las ventajas del control electrónico, es que se puede variar el nivel de asistencia no sólo en función de la velocidad, sino tambi%n de la situación, por ejemplo diferentes programas para conducción en ciudad o carretera. 4pción que se incluye por ejemplo en algunos modelos de 2iat Sroup 1utomóviles con denominación $ual drive. 1demás permite implementar funciones auiliares como la ayuda al conductor a volver a la posición central.
PRINCIPIO DE ARQUÍMEDES CONCEPTO GENERAL
6rincipio descubierto por el cientíco griego 1rquímedes, en donde estando un cuerpo sumergido en un
aplica a los cuerpos, tanto en
En donde p es la densidad de masa del
En donde 6a es la presión atmosf%rica y h8 es la profundidad superior del disco. 1nalógicamente, la presión hacia arriba 6G sobre el fondo del disco3 P2 = P.a. + pg h2 hacia arriba
$onde hG es la profundidad a la parte inferior del disco. 6uesto que hG es mayor que h8, la presión sobre la base del disco ecederá la presión sobre la cara superior, y el resultado será una fuer)a neta hacia arriba. =i la fuer)a hacia abajo se representa por 28 y la fuer)a hacia arriba por 2G, puede escribirse3 F1 = P1 A F2 = P2 A
La fuer)a hacia arriba ejercida por el
$onde ! N h8 M hG es la altura del disco. 2inalmente si se recuerda que el volumen del disco es T N 1 !, se obtiene el siguiente resultado importante3 Fe = pg V = m g
Empuje = Peso del fluido desalojado El cual es el pricipio de Ar!u"medes.
Principio de Arquímedes aplicado a la mecánica de luidos
El principio de 1rquímedes arma que todo cuerpo sumergido en un
Porci! "# $%i"o #! #&%i'i(rio co! #' r#)*o "#' $%i"o.
onsideremos, en primer lugar, las fuer)as sobre una porción de
6uesto que la porción de
El peso de la porción de
=i sustituimos la porción de
MAQUINARIA HIDRÁULICA
"na (áquina hidráulica es una variedad de máquina de
onvencionalmente se especica para los gases un límite de 899 mbar para el cambio de presión+ de modo que si %ste es inferior, la máquina puede considerarse hidráulica. $entro de las máquinas hidráulicas el
Las máquinas hidráulicas se pueden clasicar atendiendo a diferentes criterios. S#01! ', 2,ri,ci! "# #!#r03,
En los motores hidráulicos, la energía del
•
(áquinas en las que se produce una variación de la energía potencial, como por ejemplo el tornillo de 1rquímedes. (áquinas en las que se produce una variación de la energía cin%tica, como por ejemplo aerogeneradores, h%lices o turbina pelton. Estas se denominan máquinas de acción y no tienen carcasa.
(áquinas en las que se produce una variación de la entalpía -presión/, como por ejemplo las bombas centrífugas. Estas máquinas se denominan máquinas de reacción. S#01! #' *i-o "# i!*#rc,(io •
'eniendo en cuenta el modo en el que se intercambia la energía dentro de la máquina su clasicación puede ser así3 (áquinas de despla)amiento positivo o volum%tricas. =e trata de uno de los tipos más antiguos de máquinas hidráulicas y se basan en el despla)amiento de un volumen de
•
(áquinas no entubadas como pueden ser las máquinas de acción.
(áquinas entubadas. S#01! #' o2ii#!*o Eisten otros criterios, como la división en rotativas y alternativas, dependiendo de si el órgano intercambiador de energía tiene un movimiento rotativo o alternativo, esta clasicación es muy intuitiva pero no atiende al principio básico de funcionamiento de estas máquinas. •
En la tabla siguiente se muestra un resumen de la clasicación de las máquinas hidráulicas -lNlíquido, gNgas/. 1lternativas M ombas de %mbolo 8 Tolum%tricas Aotativas M ombas rotoestáticas (otoras 'urbomáquina 'urbinas hidráulicas8 s 1erogeneradores -g/ -(áquina aial/ 1lternativas M ombas de %mbolo Tolum%tricas Aotativas M ombas rotoestáticas Seneradoras ombas rotodinámicas o centrífugas 'urbomáquina -máquina radial/ -l/ s Tentiladores -g/ -(áquina aial/
APLICACIÓN 4 RAMAS DE LA MECÁNICA DE FLUIDOS AERODINAMICA La aerodinámica viene hacer una rama de la mecánica de
SUPERSÓNICA La supersónica viene hacer una rama importante de la aerodinámica, muchas veces escuchamos de los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido, es decir mayor de 8.GG; FmBh
ONDAS DE CHOQUE En la mecánica de
V Las bombas atómicas y sus ondas eplosivas. V Los aviones supersónicos que superan la velocidad del sonido.
T#or3,) "# B#r!o%''i + "# N#*o! T#or3, "# B#r!o%''i ernoulli nos eplica la creación de la fuer)a de levantamiento o de sustentación en un avión, la cual relaciona el aumento de la velocidad del
'eóricamente para que las partículas de aire que se mueven por la parte curva superior se reencuentren con las que se mueven en línea recta por debajo, deberán recorrer un camino más largo debido a la curvatura, por lo que tendrán que desarrollar una velocidad mayor para lograr reencontrarse. Esa diferencia de velocidad provoca que por encima del plano aerodinámico se origine un área de baja presión, mientras que por debajo aparecerá, de forma simultánea, un área de alta presión. omo resultado, estas diferencias de presiones por encima y por debajo de las supercies del plano aerodinámico provocan que la baja presión lo succione hacia arriba, creando una fuer)a de levantamiento o sustentación
Teamos la siguiente imagen
El
T#or3, "# N#*o! 6lanteaba que las mol%culas de aire actuaban de forma similar a como lo hacen otras partículas. $e ahí se desprende que, las partículas de aire al golpear la parte inferior de una supercie aerodinámica deben producir el mismo efecto, pues al chocar %stas con la parte de abajo de una supercie aerodinámica, le transeren velocidad empujándola hacia arriba.
E/#c*o V#!*%ri
omprobó eperimentalmente que al pasar por un estrechamiento las partículas de un
Por&% 2%#',! 'o) ,2io!#). El ala produce un
S%)*#!*,ci! Es la fuer)a desarrollada por un perl aerodinámico movi%ndose en el aire, ejercida de abajo arriba, y cuya dirección es perpendicular al viento relativo y a la envergadura del avión -no necesariamente perpendiculares al hori)onte/.
http3BBmecanicade
