Fluid Os

Diseo de

Sistemas

Oleohidrulicos

Fluidos Oleohidrulicos

1

UJAP

Prof. Jos Gregorio Daz

Funciones del Fluido en el Sistema

Transmisin de Potencia desde la Mquina Motriz de la

Bomba hacia los Actuadores

(Lineales o Rotatorios).

Lubricacin de las Superficies Deslizantes.

Enfriamiento del Sistema.

2


Sellamiento de las Holguras internas de los Componentes

del Sistema.

Limpieza del Sistema mediante el traslado de los

Contaminantes hasta los

Filtros o al Tanque.

3


Proteccin contra la Oxidacin y Corrosin.

4

Caractersticas Necesarias en el Fluido

Las principales caractersticas que

debe tener el Fluido del Sistema

Oleohidrulico son:

1) Tener muy baja

Compresibilidad: Garantiza una

respuesta prcticamente

instantnea a las exigencias del

control.

2) Buena lubricidad: Disminuye la

friccin entre las superficies

metlicas. 5


3) Ser antioxidante.

4) Retardar la formacin de lodos,

gomas y barnices.

5) Reducir la formacin de

espuma.

6) Poseer estabilidad en el tiempo.

7) Su viscosidad debe ser estable

con la temperatura.

6


8) Impedir la corrosin y

formacin de picaduras.

9) Separar el agua.

10) Ser compatible con los

sellos y juntas de los

elementos del sistema.

11) Su coeficiente de dilatacin

trmica debe ser bajo.

7


12) La viscosidad del fluido debe

verse poco afectada por los

incrementos de presin. De

hecho, la mayora de los

lquidos, debido a su relativa

incompresibilidad, son

bastante insensibles a las

variaciones de presin.

8


13) La viscosidad del fluido debe

ser independiente de los

esfuerzos de corte a que se

vea sometido el lquido (a

diferencia de los fluidos

conocidos bajo el nombre de

tixotrpicos).

9

Viscosidad

La Viscosidad es la medida de la

resistencia del fluido a la

circulacin. Si un fluido

circula con facilidad, su

viscosidad es baja. En

cambio, si fluye con

dificultad, tiene una

viscosidad alta. Por ejemplo,

la miel es mucho ms

viscosa que el agua.

10

Viscosidad

Por un lado, en los sistemas

oleohidrulicos es

conveniente que la

viscosidad sea alta, ya que

asegura la estanqueidad de

las juntas, holguras, etc.

Sin embargo, una viscosidad

demasiado alta incrementa

las prdidas y la temperatura.

11

Viscosidad Dinmica o Absoluta

La Viscosidad Dinmica puede

medirse con el equipamiento

de la figura.

12


El Esfuerzo de Corte ( = F/A, donde F es la Fuerza

aplicada a la placa y A el

rea de la misma) que se

ejerce sobre la capa superior

del Fluido es Proporcional al

Gradiente de la Velocidad (v)

del Fluido.

13

y

v

A

F


El Coeficiente de Proporcionalidad

es la Viscosidad Dinmica del Fluido.

14


Dado que el Esfuerzo tiene una

expresin matemtica

idntica a la de la Presin,

ambas magnitudes

comparten las mismas

unidades (Pascal, psi, etc).

Por ello, las unidades de sern

de Presin por Tiempo.

15

Unidades de Viscosidad Dinmica

En el Sistema Internacional de

Medidas (SI), la Viscosidad

Dinmica o Absoluta se mide en

Pascales por segundo (Pa . s),

equivalente a N x s / m2.

16


Para familiarizarnos con el

significado de , hagamos el siguiente ejercicio: Si un Fluido

con = 1 Pa . s se coloca entre dos placas paralelas y a la placa

mvil se le aplica un = 1 Pa, sta se desplazar en 1 s una

distancia igual a la separacin

de las placas.

17

Medicin de la Viscosidad Dinmica

La explicacin anterior nos conduce

a una frmula que permite medir

indirectamente la Viscosidad

Dinmica:

=

.

: Viscosidad dinmica

y: Separacin entre placas

x: Distancia recorrida por la placa

superior en el tiempo t

18


Otra unidad para la Viscosidad

Dinmica (fuera del SI) es el

Poise (P) y ms

comnmente, el centiPoise (1

cP = 0.01 P).

19


La equivalencia entre ambas

unidades es:

1 cP = 0.001 mPa . s

A manera de ejemplo, el agua a

20 C tiene = 1.0020 cP; en cambio, la miel tiene 10 000

cP a la misma temperatura.

20

Viscosidad Cinemtica

El concepto de Viscosidad

Cinemtica es una

consecuencia de la

utilizacin de una columna de

lquido para producir una

circulacin del mismo a

travs de un tubo capilar.

21

Viscosidad Cinemtica

El coeficiente de Viscosidad

Cinemtica () de un Fluido se obtiene como el Cociente

de su coeficiente de

Viscosidad Dinmica () entre su Densidad ().

22

Unidades de Viscosidad Cinemtica

La unidad SI de Viscosidad

Cinemtica es el m2 / s; sin

embargo, es ms usual su

submltiplo, el mm2 / s.

1 mm2 / s = 10-6 m2 / s.

23

Unidades de Viscosidad Cinemtica

Otra unidad muy utilizada para

medir la Viscosidad

Cinemtica es el Stoke (St) y

su submltiplo, el centistoke

(cSt).

1 St = 1 cm2 . s-1 = 10-4 m2 . s-1

1 cSt = 0.01 St

El cSt es numricamente igual al

mm2 / s.

24

Viscosidad SUS

La Viscosidad SUS es una forma

de medir la Viscosidad

relativa de un Fluido. Se

determina midiendo el tiempo

que tarda un volumen

estndar de lquido en fluir a

travs de un orificio

estandarizado, a una

temperatura tambin

normalizada.

25

Medicin de la Viscosidad SUS

Una forma muy popular de medir

la Viscosidad relativa es con

el Viscosmetro de Saybolt.

26


Se mide el tiempo en segundos

que le toma a 60 mL de

lquido llegar al recipiente,

atravesando un orificio

normalizado. La Viscosidad

en SUS (o SSU) corresponde

a esa cantidad de segundos.

Normalmente, la medicin se

hace a 40 C o a 100 C.

27


La Viscosidad medida en SUS

suele expresarse con la

indicacin especfica de la

temperatura a la cual se

realiz la prueba; por

ejemplo: 110 SUS@100 C.

28


Conversin entre SUS y cSt:

29

Viscosidad Lmites

(cSt) = 0.2253 (SSU) 194.4 / (SSU)

32 < (SSU) < 100

(cSt) = 0.2193 (SSU) 134.6 / (SSU)

100 < (SSU) < 240

(cSt) = (SSU) / 4.635 240 < (SSU)

Utilizacin de la Viscosidad SUS

En las aplicaciones industriales,

la Viscosidad SUS debe

ubicarse alrededor de 150

SUS (32 cSt) a 40 C. Como

regla general, la Viscosidad

nunca debe ser menor de 45

SUS (5.8 cSt) o mayor de 4

000 SUS (860 cSt),

independientemente de la

Temperatura de trabajo.

30

Viscosidad en Grados Engler

En Europa se utiliza mucho el

Mtodo de Engler, el cual

consiste en medir el tiempo

en segundos que le toma a

200 mL de Fluido escurrir

hacia el recipiente inferior.

Este tiempo se divide por el

que le toma a 200 mL de

agua escurrir por el . . .

31

Viscosidad en Grados Engler

. . . mismo agujero, a esa

temperatura. El cociente se

expresa en Grados Engler

(E).

32

Viscosidad SAE

La Sociedad de Ingenieros

Automotrices de EEUU (SAE)

ha establecido ciertos

nmeros para expresar

rangos de Viscosidad para

Temperaturas determinadas.

33

Conversin de la Viscosidad SAE

Nmero SAE Viscosidad (cSt) a 100 C

SAE 20 5.7 a 9.6

SAE 30 9.6 a 12.9

SAE 40 12.9 a 16.8

SAE 50 16.8 a 22.7

34

Viscosidad ISO

La International Standards

Organization (ISO), al igual

que SAE, tambin ha

especificado unos nmeros

de Viscosidad.

35

Conversin de la Viscosidad ISO

Nmero ISO Viscosidad (cSt) a 40 C

ISOVG22 19.8 a 24.2

ISOVG32 28.8 a 35.2

ISOVG46 41.4 a 50.6

ISOVG68 61.2 a 74.8

ISOVG100 90 a 110

36

ndice de Viscosidad (VI)

La Viscosidad de los Fluidos

depende de su Temperatura.

El ndice de Viscosidad (VI) es

un nmero arbitrario que

expresa la variacin de la

viscosidad con los cambios

de Temperatura. A mayor VI,

menor la influencia de la

Temperatura sobre la

Viscosidad.

37

Variacin de la Viscosidad con la

Temperatura

38

Variacin de la Viscosidad con la Presin

La Viscosidad aumenta con el

incremento de la Presin.

Para presiones superiores a

200 bar este factor debera

tomarse en cuenta. Por

ejemplo, a 400 bar, la

Viscosidad prcticamente se

duplica.

39

Cualidades de los Fluidos

Punto de Fluidez:

Es la temperatura ms baja a la

que un lquido puede fluir. Es

importante en aplicaciones a

muy baja temperatura.

Compresibilidad:

Se refiere al Cambio de

Volumen de una unidad

volumtrica de Fluido al ser

sometida a variaciones de

Presin. 40


Para el Aceite Mineral se puede

usar un Factor de

Compresibilidad de 0.7 a 0.8

% por cada 100 bar de

incremento de Presin.

Dilatacin Trmica:

El Aceite Mineral aumenta un

0.7 % por cada 10 C de

incremento de temperatura.

41


Untuosidad:

Es la propiedad del fluido de

adherirse a las superficies

metlicas. Participa en la

lubricacin.

Lubricidad:

La Lubricacin que brinda un

Fluido depende de su . . .

42


. . . capacidad de formar una

capa que separe las

superficies con movimiento

relativo y de su Untuosidad.

El espesor de la capa fluida

depender de la viscosidad

del fluido y de la presin

ejercida sobre la pelcula.

43


Sin embargo, a grandes presiones,

esta capa lubricante puede

romperse, con lo que aumentara

el roce entre las superficies con

movimiento relativo, lo cual

provocara a su vez un incremento

sustancial de las prdidas de

energa, y, aparte de esto, se

puede llegar inclusive hasta el

agarrotamiento.

44


45


Antidesgaste:

Las propiedades antidesgaste de

un fluido hidrulico se ensayan

tpicamente mediante la

operacin durante una cierta

cantidad de horas, de una

bomba de paletas sometida a

sobrecarga, midiendo

posteriormente la prdida de

material de las paletas.

46


Resistencia a la Oxidacin:

Al reaccionar con el oxgeno del aire,

la duracin del fluido disminuye,

ya que altera su composicin

qumica, formndose lodos,

gomas o barnices que, debido a

su acidez, originan corrosin y

obstrucciones. Llegado cierto

punto, se debe cambiar el Fluido.

47


Prevencin de la Oxidacin y

de la Corrosin:

Se incorporan aditivos al Fluido

para evitar la Corrosin

(reaccin con cidos) y

Oxidacin (reaccin con el

oxgeno) de los elementos

internos del sistema

oleohidrulico.

48


Antiemulsibilidad:

Con aditivos adecuados se logra

que el Fluido tenga un alto

grado de separacin del

agua. Esto evita la

acumulacin de

contaminantes en el Fluido,

que aceleren el desgaste y

produzcan agarrotamientos

de las piezas deslizantes.

49


Resistencia al Fuego:

Viene expresada mediante el

Punto de Inflamacin(Flash

Point) y el Punto de

Combustin. El primero se

refiere a la temperatura a la

cual se inflaman los vapores

del Fluido, aun cuando el

fuego se autoextingue al

retirar la Fuente de Calor.

50


El Punto de Combustin

corresponde a aquella

Temperatura a la cual el

Fluido se inflama y no se

extingue por s solo.

Generalmente, el Punto de

Inflamacin es inferior al

Punto de Combustin.

51


Elevado Punto de Ebullicin:

Mientras ms alto sea el Punto

de Ebullicin, el fluido podr

ser utilizado a mayores

Temperaturas de trabajo.

Solubilidad del Aire:

Una alta solubilidad es

indeseable, ya que no

permite la separacin natural

del aire. 52


Calor Especfico:

Mientras mayor sea el Calor

Especfico del Fluido, mejor

cumplir su funcin como

medio de evacuacin del

calor generado al interior del

Sistema Oleohidrulico.

53


Baja Presin de Vapor:

Lo que implica que el Fluido es

poco voltil, que no se

evapora fcilmente.

Antiespumante:

Los aditivos antiespumantes

ayudan a evitar la formacin

de espuma y la retencin de

aire en el tanque.

54


Tensin Superficial:

El fluido debe tener baja Tensin

Superficial, de manera que

las partculas contaminantes

no se queden en su

superficie y tiendan a

asentarse en el tanque.

55


Inhibicin de Bacterias y

Algas:

El fluido debe ser hostil para la

proliferacin de bacterias y

algas, a fin de que no

interfieran con la normal

operatividad de los

elementos del sistema.

56


Efecto sobre los Sellos y

Juntas:

El Fluido no debe reaccionar

qumicamente con los

materiales con los que estn

fabricados los Sellos y Juntas

de Vlvulas, Cilindros, etc.

57


Buen Dielctrico:

Muchas veces, los solenoides de

las electrovlvulas estn

sumergidos en el fluido

oleohidrulico, a fin de evacuar

ms rpidamente el calor de los

mismos. Por lo tanto, el Fluido

debe ser aislante para que no

se produzcan descargas.

58


Baja Toxicidad:

El fluido no debe ser riesgoso

para la salud y el medio

ambiente, tanto en estado

lquido como gaseoso, o

despus de una

descomposicin qumica.

59


Costo:

Como siempre, el factor

econmico debe ser tomado

en cuenta, junto con las

consideraciones

exclusivamente tcnicas. El

fluido debe ser tan

econmico como lo permitan

las consideraciones tcnicas.

60

Tipos de Fluidos Oleohidrulicos

Actualmente, en los Sistemas

Oleohidrulicos se trabaja

con tres tipos de Fluidos:

1) Aceite Mineral.

2) Fluidos Resistentes al Fuego.

3) Fluidos Biodegradables.

61

Aceite Mineral

El Aceite Mineral utilizado en

Oleohidrulica es derivado

del petrleo. Por supuesto,

se le aaden algunos aditivos

que mejoran sus propiedades

naturales. De esta manera se

producen diferentes tipos de

Aceites: para grandes

Presiones, Anti-desgaste,

etc.

62

Aceite Mineral

El Aceite Mineral es la

alternativa ms econmica y

fcil de adquirir en el

Mercado nacional.

63

Aceite Mineral con Aditivos

1) Gravedad Especfica: 0.85 a

0.89.

2) ndice de Viscosidad: Bueno.

3) Lubricidad: Excelente.

4) Estabilidad a la Oxidacin:

Excelente.

5) Resistencia al Fuego: Poca.

6) Proteccin contra la

Corrosin: Excelente.

64

Aceite Mineral con Aditivos

7) Transferencia de Calor:

Buena.

8) Rango de Temperaturas: -6 a

65 C.

9) Efecto sobre Elastmeros:

Mnimo.

10) Efecto sobre las Pinturas:

Ninguno.

65

Fluidos Resistentes al Fuego

Pueden ser Sintticos o

Basados en Agua. Su uso se

recomienda en aquellos

Procesos o Plantas en donde

existen riesgos de Incendios,

debido a las caractersticas

de los materiales

manipulados.

66


Entre los ms utilizados estn las

Emulsiones de Aceite y Agua,

el Agua - Glicol, los steres

Fosfatados y la Silicona.

En los Fluidos de Base Acuosa,

la Resistencia a la Inflamacin

se debe a la Presencia de

Agua, la cual, en caso de . . .

67


. . . Incendio, genera Vapor de

Agua, con lo cual se impide la

afluencia de Oxgeno a la

zona de ignicin, por lo

menos, hasta la total

evaporacin del Agua.

Cuando se utilizan los Fluidos

Sintticos, hay que tener

especial cuidado con . . .

68


. . . la Compatibilidad del Fluido y

los Materiales de los Sellos,

Juntas y Empacaduras, as

como el ataque a Pinturas.

Tambin pueden ser bastante

contaminantes para el Medio

Ambiente.

69

Emulsin de Aceite en Agua

Se trata de una Emulsin de

Aceite (3 al 15 %) en Agua.

1) Costo: Econmica.

2) Resistencia al Fuego:

Excelente.

3) Temperatura de Utilizacin:

Limitada.

4) Lubricacin: Media.

70

Emulsin de Aceite en Agua

5) Proteccin contra Corrosin:

Pobre.

6) Estabilidad: Pobre. Al

evaporarse el Agua con la

temperatura, se modifican sus

principales cualidades.

71

Emulsin de Agua en Aceite

Contiene un 40 % de Agua.

1) Costo: Medio.

2) Resistencia al Fuego: Buena.

3) Temperatura de utilizacin:

Muy limitada.

4) Lubricacin: Media.

5) Estabilidad: Presenta el

mismo problema de la

Emulsin de Aceite en Agua.

72

Agua - Glicol

Son mezclas en disolucin del 20

al 45 % de Agua y Etileno Propileno Glicol, con Aditivos Anticorrosivos y

Mejoradores Antidesgaste.

1) ndice de Viscosidad: Bueno.

2) Resistencia al Fuego: Muy

buena.

73

Agua - Glicol

3) Temperatura de utilizacin:

Excelente a muy bajas

temperaturas. Con las altas

temperaturas se repite el

problema de la evaporacin

del Agua.

4) Costo: No demasiado alto.

5) Proteccin contra la

Corrosin: Media.

74

Fluidos Biodegradables

ltimamente se ha comenzado a

emplear Fluidos

Biodegradables no

Contaminantes, como el

Aceite de Soya con aditivos.

Su uso se recomienda para

aquellas aplicaciones en

donde los derrames pueden

contaminar el ambiente

(sobre todo en la Hidrulica

Mvil).

75

Ejercicio

Un sistema oleohidrulico va a

trabajar en un rango de

temperaturas de 15 C a 40

C. Se dispone de tres

bombas que pueden trabajar

dentro de los siguientes

rangos de temperatura y

viscosidad:

76

Ejercicio

Bomba 1: -15 a 80 C , 10 a 300

cSt.

Bomba 2: -10 a 70 C , 16 a 160

cSt.

Bomba 3: -10 a 70 C , 25 a 160

cSt.

Utilizando las curvas de

variacin de la viscosidad

ISO con la temperatura . . .

77

Ejercicio

. . . seleccione el aceite mineral

a utilizar y una bomba de

entre las tres disponibles.

Solucin:

Para ese rango de temperaturas

de operacin, las variaciones

de la viscosidad de los

diferentes aceites es la

siguiente:

78

Ejercicio

79

Ejercicio

ISOVG15: 30 a 15 cSt.





ISOVG100: 500 a 100 cSt.

ISOVG150: 900 a 150 cSt.

80

Ejercicio

Con la bomba 1 se pueden

utilizar VG15, VG22, VG32,

VG46 y VG68.


utilizar VG15, VG22 y VG32.


utilizar VG15, VG22 y VG32.

81

Ejercicio

La verificacin de la capacidad

de trabajo con esos rangos

de viscosidad se debe repetir

con los dems elementos del

sistema, sin limitarse

exclusivamente a la bomba.

82

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83

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