Unidad 3 Fluidos sometidos a presión. Las caracte característ rísticas icas de los fluidos fluidos hidráulicos hidráulicos tienen la mayor mayor influen influencia cia en el rendimiento y duración de cualquier sistema hidráulico pues resulta primordial utilizar fluidos limpios y de alta calidad para lograr un funcionamiento funcionamiento eficiente del sistema. En un principio, cualquier líquido era apropiado para trasmitir energía de presión. o o!stante, el líquido utilizado en un sistema hidráulico tiene que cumplir con ciertas condiciones adicionales, por lo que no hay muchas alternati"as. El agua genera pro!lemas de corrosión, e!ullición, congelación y "iscosidad. En la !#squeda de ese rendimiento óptimo se han utilizado "arios tipos de fluidos a lo largo largo de la histo historia ria,, los cuales cuales "an "an desd desde e el agua agua hasta hasta los modern modernos os compuestos cuidadosamente preparados que además de poseer un fluido !ase contienen aditi"os especiales que ayudan a o!tener fluidos hidráulicos con las características necesarias para cumplir una tarea específica. Es necesario utilizar líquidos difícilmente inflama!les, este de!ido a que el fluido puede escapar por una fuga o rotura de conducto y entra en contacto con partes metálicas muy calientes. Los líquidos ela!orados en !ase a aceites minerales $tam!i%n llamados aceites hidrául hidráulicos icos&& cumples cumples con práctica prácticament mente e todos todos los requisi requisitos tos normale normales s que se requieren, es por ello que son los más difundidos en los sistemas hidráulicos.
3.' Funciones de los fluidos sometidos a presión
Los fluidos utilizados en sistemas hidráulicos tienen que cumplir con funciones muy di"ersas( • • •
•
)rasmitir presión Lu!ricar partes mó"iles de los equipos *efri *efrige gerar rar,, es decir decir,, deri" deri"ar ar el calor calor produ producto cto de la trans transfor formac mació ión n de energía $perdidas de presión&. +mortiguar +mortiguar "i!raciones "i!raciones causadas causadas por picos picos de presión presión
• • •
roteger contra la corrosión Eliminar partículas a!rasi"as )ransmitir se-ales
)ipos de fluidos eg#n /0 1'12 y 1'121 los aceites hidráulicos se clasifican en tres tipos seg#n sus propiedades y su composición( /enominación y características especiales. 4L rotección anticorrosi"a y aumento de la resistencia al en"e5ecimiento. Equipos en los que surgen ele"adas solicitaciones t%rmicas o en los que es posi!le la corrosión por entradas de agua.
4L 6ayor resistencia al desgaste. 0gual que los aceites 4l y, además, para equipos en los que por su estructura o modo de funcionamiento hay más rozamientos.
47 7iscosidad menos afectada por la temperatura 0gual que los aceites 4L, se utiliza en equipos sometidos a "ariaciones de temperatura o que tra!a5an a temperaturas am!ientales !a5as. En las siglas, la letra 4 significa que trata de un aceite hidráulico y las demás se refieren a los aditi"os. + las siglas se les agrega un coeficiente de "iscosidad seg#n /0 1'1'8 $clasificación de "iscosidad seg#n 09&. L( con aditi"os para o!tener una mayor protección anticorrosi"a y:o mayor resistencia al en"e5ecimiento ( con aditi"os para reducir y:o aumentar la resistencia
;<( coeficiente de "iscosidad seg#n /0 1'1'8
3.2 =aracterísticas y requisitos.
ara que los aceites hidráulicos puedan cumplir con los requisitos antes planteados, tienen que contar con determinadas características seg#n su aplicación. En consecuencia, las propiedades de las sustancias son las siguientes( • • • • • • • •
/ensidad lo más !a5a posi!le oca compresi!ilidad 7iscosidad no demasiado !a5a >uenas características de "iscosidad en función de la temperatura >uenas características de "iscosidad en función de la presión >uena resistencia al en"e5ecimiento >a5a inflama!ilidad =ompati!ilidad con otros materiales
+demás los aceites hidráulicos de!en cumplir con las siguientes condiciones( • • • • •
egregar el aire o formar espuma *esistencia al frio 9frecer protección contra el desgaste y la corrosión =apacidad de segregación de agua
La "iscosidad es un criterio de diferenciación importante para los aceites hidráulicos.
3.3 7iscosidad. +lgo "iscoso es pega5oso o glutinoso, diferenciándose de otros estados como el líquido o el sólido.
e ha!la de "iscosidad para hacer referencia a la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales. e trata de una propiedad caracterizada por la resistencia a fluir que se genera por el rozamiento entre las mol%culas. /ado que todos los fluidos conocidos presentan alg#n ni"el de "iscosidad, el hipot%tico fluido sin "iscosidad $es decir, con "iscosidad nula& se conoce como fluido ideal. La "iscosidad se ad"ierte con el rozamiento e?istente entre las capas adyacentes de un fluido. +l arrastrar la superficie de un fluido, las capas inferiores se mue"en más lentamente que la superficie ya que son afectadas por la resistencia tangencial. La "iscosidad, por lo tanto, se manifiesta en los fluidos en mo"imiento $donde las fuerzas tangenciales entran en acción& =uando la "iscosidad es muy grande, el rozamiento entre las capas adyacentes es pronunciado y el mo"imiento, por lo tanto, resulta d%!il. La "iscosidad de los fluidos se mide a tra"%s del coeficiente de "iscosidad, un parámetro que depende de la temperatura. La unidad física de "iscosidad dinámica es el pascal:segundo, de acuerdo al istema 0nternacional de Unidades. El poise, por otra parte, es la unidad del sistema cegesimal de unidades para la "iscosidad dinámica. El nom!re fue esta!lecido en honor al fisiólogo franc%s @ean Louis 6arie oiseuille $'8AAB'<;A&. La fuerza por unidad de área que se requiere para el mo"imiento de un fluido se define como F:+ y se denota como C σC $tensión o esfuerzo de cizalla&. eg#n eDton la tensión de cizalla o esfuerzo cortante es proporcional al gradiente de "elocidad $du:dy&, o tam!i%n denominado como /.i se duplica la fuerza, se duplica el gradiente de "elocidad(
Esta fórmula se denomina Ley de eDton, que es aplica!le actualmente a#n para unos fluidos determinados $eDtonianos&. La glicerina y el agua son e5emplos muy comunes que o!edecen la Ley de eDton. ara la glicerina, por e5emplo, la "iscosidad "ale ' mas, en cam!io para el agua la "iscosidad "ale ' mas, es decir, es mil "eces menos "iscosa que la glicerina. La "iscosidad se puede definir como una medida de la resistencia a la deformación del fluido, relaciona el esfuerzo cortante con la "elocidad de deformación $gradiente de "elocidad&.
/onde, τ (
esfuerzo cortante GmaH
µ (
7iscosidad GmasH
/( "elocidad de deformación GsB'H Las unidades de "iscosidad más utilizadas son los milipascales segundo GmasHI ' mas J ' as. +demás, el sistema cegesimal a#n se sigue usando, siendo la
unidad
de
medida
el
centioiseGcHI
'
cp
J
'
masI
La
"iscosidad C νC denominada "iscosidad cinemática, que relaciona la "iscosidad dinámica con la densidad del fluido utilizado. Las unidades más utilizadas de esta "iscosidad son los centistoKes GcstHI ' stoKe J ' centistoKes J cm 2:s
iendo(
ν(
7iscosidad cinemática
µ (
7iscosidad dinámica
ρ (
/ensidad del fluido
7iscosidad =inemática( Es la "iscosidad en centipoise di"ida por la densidad a la misma temperatura y se designa en unidades toKes o centitoKes. 7iscosidad Furol ay!olt $F&( Es el tiempo en segundo que tarda en fluir ;cc de muestra a tra"%s de un orificio mayor que el Uni"ersal, cali!rado en condiciones especificas, utilizando un "iscosímetro ay!olt. 7iscosidad Uni"ersal ay!olt $U&( Es el tiempo en segundos para que un Flu5o de ; cc salga de un recipiente tu!ular por medio de un orificio tipo uni"ersal, de!idamente cali!rado y dispuesto en el fondo del recipiente, el cual se ha mantenido a temperatura constante.
Factores que afectan la "iscocidad. +& Efecto de la temperatura. Correlación de Slotte. El propósito de aumentar la temperatura del crudo es disminuir su "iscosidad mediante el incremento de la "elocidad de las mol%culas y, por ende, tanto la disminución de sus fuerzas de cohesión como tam!i%n la disminución de la resistencia
molecular
interna
al
desplazamiento.
>& Correlación de viscosidad con temperatura. +l ha!er gas en solución y su!irle la temperatura, !a5aría la solu!ilidad, pues saldría gas de solución $si se mantiene constante& y se estaría efectuando el efecto com!inado de mayor temperatura y menos gas en solución con efectos
contrapuestos .in em!argo el efecto de la temperatura es el de mayor importancia.
=& Efecto de la presión sobre la viscosidad. El aumento de presión mecánica aumenta la "iscosidad. i el incremento de la presión se efect#a por medios mecánicos, sin adición de gas, el aumento de presión resulta en un aumento de "iscosidad. Este comportamiento o!edece a que esta disminuyendo las distancias entre las mol%culas y en consecuencia se esta aumentando la resistencia de las mol%culas a desplazarse. Es e"idente que cualquier que cualquier aumento mecánico de presión para un crudo saturado de gas lo situara en una condición de su!Bsaturación.
/& Efecto de la solubilidad del gas sobre la viscosidad. =orrelación de =heDB =onnally La adición de gas en solución a un crudo a temperatura constante reduce su "iscosidad y esto se produce porque las mol%culas relati"amente peque-as de los componentes del gas pasan a formar parte de la configuración molecular y aumenta la separación intermolecular entre las mol%culas comple5as de la fase liquida, lo cual reduce la resistencia al mo"imiento.
>i!liografía.
http(::DDD.uclm.es:area:ingrural:4idraulica:)emas:)ema'./F 4idraulica +plicada Flu5o a resion B Uni"ersidad acional B @orge Mranados *o!ayo 4idraulica Meneral 7ol. ' B Mil!erto otelo /a"ila
