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1-Fundamentos de Neumática e Hidráulica

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Composición del aire

Gas Proporción en aire seco(%)

Masa Molecul

ar

Símbolo

químico

Punto de ebullición

- M -

por volume

npor

peso(kg/

kmol) K (oC)

Oxígeno 20.95 23.20 32.00 O2 90.2 -182.95

Nitrógeno 78.09 75.47 28.02 N2 77.4 -195.79

Anhidro Carbónico 0.03 0.046 44.01 CO2 194.7 -78.5

Hidrógeno0.0000

5 ~ 0 2.02 H2 20.3 -252.87

Argón 0.933 1.28 39.94 Ar 84.2 -186

Neón 0.0018 0.0012 20.18 Ne 27.2 -246

Helio 0.00050.0000

7 4.00 He 4.2 -269

Kryptón 0.0001 0.0003 83.8 Kr 119.8 -153.4

Xenón 9 10-6

0.00004 131.29 Xe 165.1 -108.1

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Conceptos básicos

• Propiedades de los gases ideales

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PROPIEDADES DE LOS GASES

1. Se adaptan a la forma y el volumen del recipiente que los contiene. Un gas, al cambiar de recipiente, se expande o se comprime, de manera que ocupa todo el volumen y toma la forma de su nuevo recipiente. 2. Se dejan comprimir fácilmente. Al existir espacios intermoleculares, las moléculas se pueden acercar unas a otras reduciendo su volumen, cuando aplicamos una presión.

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PROPIEDADES DE LOS GASES

3. Se difunden fácilmente. Al no existir fuerza de atracción intermolecular entre sus partículas, los gases se esparcen en forma espontánea. 4. Se dilatan, la energía cinética promedio de sus moléculas es directamente proporcional a la temperatura aplicada.

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Conceptos básicos:presión

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Presión

Fuerza

Área

=

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Principio de Pascal

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Unidad Básica en el Sistema Internacional de

Unidades

m2 = Pa = Pascal

N

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Demostración del Principio de Pascal

Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el embolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma presión.

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Equivalencias de Presión

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Escalas de presión

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Relación de Presión Atmosférica y Altura

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Columna de Líquido: Presión Atmosférica

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Conceptos Básicos:densidad

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Densidad

ρ = masa/ volumen

ρ = densidad en kg/m3 ; kg/dm3 ; lb-m/ feet3 ; otras

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Gravedad específica, peso específico relativo o densidad relativa

Se compara la densidad de un fluido con la del agua

SG =ρF

ρW

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Gravedad específica

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Densidad y volumen específico del aire con la altura

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Conceptos Básicos:Peso específico

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Peso Específico - Densidad

γ = ρ x g

donde• γ = peso específico en N/ m3 ; kp/dm3

• g = aceleración de gravedad en m/s2

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Presión por altura de líquido

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¿Cuántos bar deberá marcar

con 5 m de nivel de cerveza?

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¿La presión más alta está en A, B, C, D ?

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Conceptos Básicos:Ecuación de Continuidad

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V1 x S1 = V2 x S2

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Conceptos Básicos:Ecuación de Bernoulli

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E. de presión + E. de altura + E. de velocidad = cte.

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Para Recordar

¿Porqué muere la mosca?

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Conceptos Básicos:Instrumentos

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Manómetro Bourdon

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Manómetro de Membrana

La presión actúa sobre un lado de la membrana

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Manómetros con líquido

•Especiales para medir presiones dinámicas y de vibraciones

•Carcasa de acero inoxidable

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Manómetro de Seguridad

· Uso especialmente en la industria química· Materiales resistente a los ataque químicos· Tienen una pared de seguridad de separación· Vidrio de seguridad de varias capas · Pared colapsable posterior

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Manómetro con Contacto Eléctrico

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Manómetro de Tubo Abierto

Conexión de medida

Tubo abierto

Depósito

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Manómetro con escala inclinada

Inicio lectura

Término lectura

Δh

α

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Transductor Piezoeléctrico

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Ley de Boyle-Mariotte

Tenemos un cierto volumen de gas (V1) que se encuentra a una presión P1. Si variamos la presión a P2, el volumen de gas variará hasta un nuevo valor V2, y se cumplirá:

P x V= K

P1 x V1= P2 x V2 P = absoluta

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Bomba de aire de Boyle

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La ley de Charles

• En esta ley, Charles dice que a una presión constante, al aumentar la temperatura, el volumen del gas aumenta y al disminuir la temperatura el volumen del gas disminuye.V1

V2=

T1

T2

T= Kelvin

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Soy Jacques Alexandre César Charles nacì en Francia en 1746 

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LEY DE GAY-LUSSAC• La presión del gas es directamente proporcional a su temperatura:• Si aumentamos la temperatura, aumentará la presión.• Si disminuimos la temperatura, disminuirá la presión.

P1P2

=T1T2

P, T = absoluta

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Ley de Avogadro

• Asegura que en un proceso a presión y temperatura constante (isóbara e isotermo), el volumen de cualquier gas es proporcional al número de moles presente, de tal modo que:

• (T, P ctes.)

V1V2

=n1

n2

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Ecuación general de los gases ideales

• Para una misma masa gaseosa (por tanto, el número de moles (n) es constante; n=cte), podemos afirmar que existe una constante directamente proporcional a la presión y volumen del gas, e inversamente proporcional a su temperatura.

=p1 V1

T1T1

p2 V2n1 n2

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NTP STP

Acetileno (C2H2) 1,092 1,17

Aire 1,205 1.293

Amoniaco (NH3) 0,717 0,769

Argón (Ar) 1,661 1,78

Butano (C4H10) 2,489 2,5

Cloro (Cl2) 2,994 3,21

Cloruro de Hidrógeno (HCl) 1,528 -

Criptón (Kr) - 3,73Dióxido de

Azufre (SO2) 2,279 2,926Dióxido de

Carbono (C02) 1,842 1,977

Etano (C2H6) 1,264 -

Ethyne (C2H4) - 1,26

Fluor (F2) 1,574 1,7

Gas

Densidad

(kg/ m³ )

NTP STP

Helio (He) 0,1664 0,178

Hidrógeno (H2) 0,0893 0,09

Metano (CH4) 0,668 0,717Monóxido de Carbono (C0) 1,165 1,25

Neón (Ne) - 0,9

Nitrógeno (N2) 1,165 1,25

Oxido Nítrico (NO) 1,249 -

Oxigeno (O2) 1,331 1,429

Propano (C3H8) 1,882 -

Propeno (C3H6) 1,748 -

Radón (Rn) - 9,73Sulfuro de

Hidrógeno (H2S) 1,434 -

Xenón (Xe) - 5,89

Densidad

(kg/ m³ )

Gas

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Condiciones • NTP - Densidad gases en condiciones normales de Temperatura (20ºC) y Presión (101,6 kPa)

• STP - Densidad gases en condiciones estándar de Temperatura (0ºC) y Presión (101,325 kPa)

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Cálculo de la viscosidad de un gas

♠ La viscosidad absoluta o dinámica depende fuertemente de la temperatura

♠ La influencia de la presión es menor a un 10%

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Cálculo de la viscosidad de un gas

constante de Sutherland,C To (oR) µo (centipoise)

standard air 120 524.07 0.01827ammonia, NH3 370 527.67 0.00982carbon dioxide, CO2 240 527.67 0.01480carbon monoxide, CO 118 518.67 0.01720hydrogen, H2 72 528.93 0.00876nitrogen, N2 111 540.99 0.01781oxygen, O2 127 526.05 0.02018sulfur dioxide, SO2 416 528.57 0.01254

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Flujo Turbulento y Laminar de los gases

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Flujo turbulento y laminar en líquidos

• Se determina en base al número de Reynolds:

• ρ: densidad del fluido• vs: velocidad característica del fluido• D: Diámetro de la tubería a través de la

cual circula el fluido• μ: viscosidad dinámica del fluido• ν: viscosidad cinemática del fluido

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Flujo turbulento y laminar: también influye la velocidad

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Flujo turbulento y laminar: flujo alrededor de un obstáculo

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Rapidez de flujo de fluido por volumen

La cantidad de fluido que fluye en un sistema por unidad de tiempo se puede expresar de las siguientes maneras:Rapidez de flujo de volumen (Q):

Es el volumen de flujo de fluido que pasa por una sección por unidad de tiempo (más conocida como CAUDAL).

Q = v ⋅A Q = V/t

v: velocidad promedio del flujoA: área de la sección transversal

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Rapidez de flujo de fluido por peso

Rapidez de flujo de peso (W):

Es el peso de fluido que fluye por una sección por unidadde tiempo.

W = γ ⋅Q

γ: peso específico del fluidoQ: rapidez de flujo de volumen o caudal

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Rapidez de flujo de fluido

Rapidez de flujo de masa (M):

Es la masa de fluido que fluye por una sección por unidadde tiempo.

M = ρ ⋅Q

ρ: densidad del fluidoQ: rapidez de flujo de volumen o caudal

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Unidades de la Rapidez de un fluido

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Algunas Unidades Útiles

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Conversión de unidades de flujo I

convertir de

m3/s 22800000 15852 2119 19000000 13200

m3/min 380000 264.2 35.32 316667 220

m3/h 6333.3 4.403 0.589 5277.8 3.67liter/sec 22800 15.852 2.119 19000 13.20liter/min 380 0.2642 0.0353 316.7 0.22liter/h 6.33 0.0044 0.00059 5.28 0.0037

US gpd 1 0.000695 0.000093 0.833 0.000579US gpm 1438.3 1 0.1367 1198.6 0.833

cfm 10760.3 7.48 1 8966.9 6.23Imp gpd 1.2 0.00083 0.00011 1 0.00069Imp gpm 1727.3 1.2 0.161 1439.4 1

IMP gpm

multiplicar por convertir a

US gpd US gpm cfm IMP gpd

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Conversión de unidades de flujo II

converetir de

m3/s 1 60 3600 1000 60000 3600000

m3/min 0.0167 1 60 16.67 1000 60000

m3/h 0.000278 0.0167 1 0.278 16.67 1000

liter/sec 0.001 0.06 3.6 1 60 3600

liter/min 0.0000167 0.001 0.06 0.0167 1 60

liter/h 2.7 10-7 0.000017 0.001 0.00028 0.0167 1

US gpd 4.39 10-8 0.0000026 0.000158 0.000044 0.0026 0.158

US gpm 0.000063 0.00379 0.227 0.0630 3.785 227.1

cfm 0.00047 0.028 1.699 0.472 28.32 1698.99

Imp gpd 5.26 10-8 0.0000032 0.000189 0.0000526 0.00316 0.1895

Imp gpm 0.000076 0.0046 0.272 0.076 4.55 272.7

multiplicar por

convertir a

m3/s m3/min m3/h liter/sec liter/min liter/h

G.Hoernig 62

Medición de Caudal de Gas

G.Hoernig 63

Medición de Gases