UT 2: Magnitudes y Leyes de los Circuitos de Fluidos - PDF

UT 2: MAGNITUDES Y LEYES DE LOS CIRCUITOS DE FLUIDOS  2.1 CIRCUITOS CON FLUIDOS EMPLEADOS EN LOS VEHÍCULOS En los vehículos nos encontraremos con circuitos neumáticos y con circuitos hidráulicos. Los circuitos neumáticos trabajarán con gases y...

UT 2: MAGNITUDES Y LEYES DE LOS CIRCUITOS DE FLUIDOS  2.1 CIRCUITOS CON FLUIDOS EMPLEADOS EN LOS VEHÍCULOS En los vehículos nos encontraremos con circuitos neumáticos y con circuitos hidráulicos. Los circuitos neumáticos trabajarán con gases y los circuitos hidráulicos trabajarán con líquidos. GASES EMPLEADOS EN AUTOMOCIÓN Aire: (78% de N2, 21% de O2 y 1% de otros gases (vapor de agua, CO2, Ar, H2, etc.). El el gas que espiran los motores para funcionar. R-134a y R-1234yf: son los gases que se utilizan en los circuitos de aire acondicionado.  2.1 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS GNC: gas natural comprimido, fundamentalmente metano, usado en los motores. Hidrógeno: H2, usado en motores de combustión de hidrógeno y en sistemas de “pila de hidrógeno”. Nitrógeno: N2, utilizado en el inflado de neumáticos, o en los sistemas de limpieza de tuberías de aire acondicionado. Gases de combustión de los motores: CO2, NOx, CO, H2O, HC, etc.  2.1 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS LÍQUIDOS EMPLEADOS EN AUTOMOCIÓN Gasolina y gasoil: combustibles de los motores. GLP: gas licuado del petróleo (combustible). Aceites: lubricación y transmisión de movimientos (motor, caja de cambios, aceites de grupos diferenciales, dirección asistida hidráulica, etc.). Liquido refrigerante: anticongelante es sus distintas tecnologías (base glicol, base silicato, etc.).  2.1 CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES DE LOS FLUIDOS LÍQUIDOS EMPLEADOS EN AUTOMOCIÓN Líquido de frenos: de base poliglicol o en algunos casos, base silicona. Adblue: aditivo de base urea para reducir emisiones. EOLYS: aditivo para regeneración de filtros de partículas. Agua: lavaparabrisas.  2.2 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Y GASES UNA DIFERENCIA FUNDAMENTAL ENTRE LÍQUIDOS Y GASES ES QUE LOS LÍQUIDOS SON INCOMPRESIBLES Y LOS GASES SE PUEDEN COMPRIMIR LÍQUDO GAS  2.2 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Y GASES El estado gaseoso es un estado de agregación de la materia en el que las moléculas fluyen y se mueven de forma caótica, existiendo grandes distancias entre ellas y con una fuerza de atracción entre ellas muy pequeña. Las propiedades generales de los gases son: Incoloros en general y no tienen forma propia ni volumen definido; ocupan todo el recipiente que los contiene. Pueden expandirse y comprimirse, en función de la temperatura y de la presión a que se sometan; incluso se pueden licuar en función de estas magnitudes. Se pueden disolver en agua (ej. Bebidas carbónicas). Se difunden entre ellos y se mezclan fácilmente, tendiendo siempre a ocupar el volumen máximo posible.  2.2 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Y GASES OJO: los gases que se emplean en Automoción pueden ser combustibles o inflamables (acetileno, vapor de gasolina), comburentes (oxígeno), corrosivos vapores de las baterías; los gases empleados en los sistemas de aire acondicionado pueden provocar congelación en la piel o en los ojos por escapes. Los gases nobles son los que se encuentran en la columna derecha de la tabla periódica; sólo el Xe se utiliza en las lámparas de descarga de los faros delanteros. Los gases ideales son un mero concepto teórico.  2.2 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Y GASES Densidad: Es la cantidad de masa dividida entre el volumen que ocupa dicha masa. Se mide en Kg/m3 o también en g/cm3. Viscosidad: Es la resistencia que opone un fluido a desplazarse en capas a una determinada temperatura. Depende de la temperatura y es muy importante para elegir el tipo de aceite que se va a emplear. Se mide en poises con un aparato llamado viscosímetro. Existen diversas normativas, pero la más conocida es la normativa SAE: Society of Automotive Engineers. La denominación incluye la palabra SAE seguida de un número y la “W” de “winter” = invierno. El número indica la viscosidad del aceite en tiempo frío. Cuanto mayor es el número, más viscoso es el aceite. Ejemplo: un aceite SAE 0W es menos viscoso que un SAE 10 W (o más líquido) en las mismas condiciones de temperatura.  2.2 PROPIEDADES DE LOS LÍQUIDOS Y GASES Aceite multigrado: indica su comportamiento en frío y en caliente; consta de 2 números, el primero de ellos con la “w” para frío y el segundo sin letra. Ejemplo: SAE 5W-30 y SAE 10W-40: el primero de ellos tiene un mejor comportamiento en frío (es menos viscoso o más líquido, facilitando por ejemplo el arranque del motor), pero un peor comportamiento a altas temperaturas (es mucho más líquido en caliente, por lo que protege menos al motor. Capilaridad: capacidad de un líquido para poder ascender o descender por un tubo capilar (tubo muy delgado).  2.3 LA PRESIÓN EN LOS CIRCUITOS Presión: Es la fuerza que ejerce el fluido por unidad de superficie. Se mide en pascales (Pa) con un manómetro. 1Pa=1N/1m2 Como el pascal es una unidad muy pequeña, se Automoción se suele utilizar el bar. Rara vez se emplea como medida el sistema imperial inglés, el Psi. EQUIVALENCIAS: 1 bar = 100.000 Pa = 100 Kpa = 1Kg /1 cm2 1 atmósfera = 1 atm = 101.325 Pa ≈ 1 bar, por lo que casi 1 atm= 1 bar La presión atmosférica depende de la altura, es el peso que ejerce la columna de aire sobre una superficie y no es igual la presión atmosférica en Madrid que en Alicante o que en el puerto de Navacerrada.  2.3 LA PRESIÓN EN LOS CIRCUITOS Debido a que siempre trabajamos en La Tierra, siempre estaremos sometidos a la presión atmosférica, por lo que estableceremos nuestro valor de presión “0” en el valor de la presión atmosférica y a partir de ahí mediremos presiones, por lo que nuestro valor medido será la presión relativa.  2.3 LA PRESIÓN EN LOS CIRCUITOS Se cumple por tanto: Pabsoluta = Patmosférica + Prelativa Presiones por debajo de la atmosférica las denominaremos como depresiones o vacío. Los aparatos de medida siempre miden la presión relativa: por ejemplo el manómetro de inflar los neumáticos, cuando no medimos nada, marca 0, aunque exista presión atmosférica.  2.3 EL CAUDAL EN LOS CIRCUITOS Caudal: cantidad de fluido que atraviesa una sección de una tubería en una unidad de tiempo. El caudal se mide con un caudalímetro; por ejemplo, los vehículos actuales disponen de un caudalímetro para medir el flujo de aire que le entra al motor. ¡No confundir presión con caudal! Símbolo de un caudalímetro  2.3 LA TEMPERATURA EN LOS CIRCUITOS Temperatura: es una medida de la cantidad de calor (energía) que tiene un cuerpo, en este caso un fluido gaseoso. Existe una relación matemática entre la presión, la temperatura y el volumen que ocupa un gas. Aunque la unidad de medida fundamental del Sistema Internacional es el Kelvin, nosotros siempre usaremos el grado centígrado (ºC). El valor del Kelvin y el grado centígrado es el mismo, aunque con distinto origen de escala.  2.4 LEYES DE LOS GASES Boyle-Mariotte: para una determinada cantidad de gas, el volumen que ocupa es inversamente proporcional a la presión, es decir, si aumenta la presión, disminuye el volumen y viceversa. Matemáticamente, P * V = Cte Charles: para una determinada cantidad de gas sometida a presión constante (las paredes del recipiente son móviles), el volumen que ocupa es directamente proporcional a la temperatura, es decir, si aumenta la temperatura, el volumen también aumentará y viceversa. Matemáticamente, V / T = Cte Gay-Lussac: para un volumen fijo de gas, la presión es directamente proporcional a la temperatura. Matemáticamente, P / T = Cte  2.3 LEYES Y EFECTOS APLICADOS A LOS GASES Boyle-Mariotte: para una determinada cantidad de gas, el volumen que ocupa es inversamente proporcional a la presión, es decir, si aumenta la presión, disminuye el volumen y viceversa. Matemáticamente, P * V = Cte Charles: para una determinada cantidad de gas sometida a presión constante (las paredes del recipiente son móviles), el volumen que ocupa es directamente proporcional a la temperatura, es decir, si aumenta la temperatura, el volumen también aumentará y viceversa. Matemáticamente, V / T = Cte  2.5 PRINCIPIO DE PASCAL La presión aplicada en un líquido se transmite en todas las direcciones por igual. Aplicación: la prensa hidráulica. Como la presión es la misma en todo el líquido, F1 / S1 = F2 / S2 Por tanto, F2 = F1 * S2 / S1 Como S2 > S1 , la fuerza obtenida F2 será mucho mayor que la fuerza aplicada F1  2.6 CAUDAL Y PRINCIPIO DE CONTINUIDAD Caudal: cantidad de fluido que atraviesa una sección de una tubería en una unidad de tiempo. Por el principio de continuidad (Bernoulli), cuando la tubería tiene distintas secciones, en las secciones más estrechas el fluido debe aumentar la velocidad de circulación, disminuyendo por tanto la presión. P1 > P2 V1 < V2  2.6 CAUDAL Y PRINCIPIO DE CONTINUIDAD Efecto Venturi: Es una consecuencia del principio de continuidad de Bernoulli. Antes del estrechamiento: la velocidad es baja, pero la presión es alta. En el estrechamiento: La velocidad es alta, pero la presión es baja, por lo que esa bajada de presión la podemos utilizar para succionar un líquido por ejemplo.  2.6 CAUDAL Y PRINCIPIO DE CONTINUIDAD En este caso, dedo que la sección más ancha es 1, luego es 3 y luego es 2: V1 < V3 < V2 P1 > P3 > P2 En la sección 2 es donde menor es la presión.  2.6 CAUDAL Y PRINCIPIO DE CONTINUIDAD Aplicaciones del efecto Venturi: la succión de la gasolina para mezclarla con el aire en un carburador, las pistolas aerográficas de succión, etc.  2.7 CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Comparativa entre energías neumática, eléctrica e hidráulica.  2.7 CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Comparativa entre un circuito hidráulico y otro neumático.  2.7 CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Las roscas que se utilizan en hidráulica y neumática son rosca Whitworth gas y rosca métrica gas. Como medidas se utilizan las pulgadas para el diámetro y los hilos por pulgada para el paso. Los racores de conexión más empleados son: Racores de conexión rápida. Racores con rosca. Racores con cánula y abrazadera.  2.7 CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Racores de conexión rápida en neumática  2.7 CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Racores de conexión rápida en hidráulica  2.7 CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Racores roscados  2.7 CIRCUITOS NEUMÁTICOS E HIDRÁULICOS Racores con cánula y abrazadera: trabajan con poca presión e incluso en neumática con vacío.