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Flujo hidráulico
Al accionar una bomba hidráulica se realizan dos funciones. La acción mecánica es la que, inicialmente, crea un vacío y permite que la presión atmosférica impulse y fuerce el aceite desde el tanque hidráulico (depósito) hacia el puerto de entrada de la bomba. A través de esta acción mecánica, el aceite llega al puerto de salida y es conducido a la línea hidráulica principal que alimenta el sistema. De este modo, se establece que una bomba hidráulica produce caudal y NO presión como se piensa comúnmente.
El caudal es una medida muy importante para los sistemas hidráulicos y puede compararse con lo que es la corriente para los circuitos eléctricos. Comprobar las presiones y no medir los caudales cuando se supervisan los sistemas hidráulicos o se detectan fallos en dichos circuitos puede producir fácilmente un diagnóstico incorrecto.
Los caudalímetros de área variable de Hedland miden el caudal volumétrico de líquidos y gases. Esta tecnología se basa en el principio de área variable, donde el flujo eleva un flotador en un tubo, aumentando el área de paso del fluido a través del medidor. Chris Banks afirma: “La gama de caudalímetros Hedland es útil en los bancos de pruebas y admite altos niveles de flujo. En la práctica, es habitual comprobar y controlar los caudales cuando se evalúan los equipos en un banco de pruebas.”
Caudal hidráulico
El caudal hidráulico puede definirse como el volumen de fluido que fluye a través de una superficie durante un periodo de tiempo determinado. Suena sencillo, ¿verdad? Pues resulta que hay más de lo que parece. En este post, explicaremos los fundamentos y ofreceremos varias soluciones para superar los retos a los que puede enfrentarse en sus aplicaciones.
Supongamos que intenta conectar dos tuberías de distinto tamaño. Una tubería tiene un diámetro de 1 pulgada; la otra tiene un diámetro de ½ pulgada. Hay algunas leyes básicas de la dinámica de fluidos que debe tener en cuenta en primer lugar: La cantidad de líquido que fluye de la tubería más grande a la más pequeña seguirá siendo la misma. Al mismo tiempo, la presión en el sistema disminuirá y la velocidad a la que se desplaza el líquido -su velocidad- aumentará.
Bien, supongamos ahora que necesitas invertir el flujo: quieres bombear el líquido desde la tubería más pequeña a la más grande. En ese caso, el caudal -galones por minuto- sigue siendo el mismo, la presión dentro del sistema aumenta un poco, pero ahora la velocidad del líquido disminuye, mientras que el calor dentro de la línea aumenta. ¿Lo has entendido?
Presión de la línea de retorno hidráulica
En dinámica de fluidos, la ecuación de Darcy-Weisbach es una ecuación empírica que relaciona la pérdida de carga, o pérdida de presión, debida a la fricción a lo largo de una longitud determinada de tubería con la velocidad media del flujo de fluido para un fluido incompresible. La ecuación lleva el nombre de Henry Darcy y Julius Weisbach. En la actualidad, no existe ninguna fórmula más precisa ni universalmente aplicable que la de Darcy-Weisbach complementada con el diagrama de Moody o la ecuación de Colebrook[1].
La ecuación de Darcy-Weisbach contiene un factor de fricción adimensional, conocido como factor de fricción de Darcy. También se denomina factor de fricción de Darcy-Weisbach, factor de fricción, coeficiente de resistencia o coeficiente de flujo[a].
El factor de fricción es inversamente proporcional al número de Reynolds (fD = 64/Re), que a su vez puede expresarse en términos de magnitudes físicas fácilmente medibles o publicadas (véase la sección siguiente). Haciendo esta sustitución, la ecuación de Darcy-Weisbach se reescribe como
Figura 1. El factor de fricción de Darcy frente al número de Reynolds para 10 < Re < 108 para una tubería lisa y un rango de valores de rugosidad relativa ε/D. Los datos proceden de Nikuradse (1932, 1933), Colebrook (1939) y McKeon (2004).
Caudal de la bomba frente a la presión
Para nuestra discusión, vamos a hablar específicamente de los componentes de desplazamiento fijo. Hoy en día se utilizan bombas y motores de caudal variable en los equipos, pero para que estos conceptos sean más fáciles de asimilar, me referiré a los componentes de caudal fijo. Ejemplos de componentes de desplazamiento fijo son las bombas de engranajes, los motores de engranajes y los cilindros hidráulicos. La presión y el caudal son las principales variables cuando se trabaja con sistemas de transmisión de fluidos. Veamos con más detalle el caudal.
En Estados Unidos solemos medir el caudal en galones por minuto. En un sistema de bomba de desplazamiento fijo, el caudal está directamente relacionado con la velocidad de la bomba. Cuanto mayor sea el caudal, más rápido se moverá el cilindro o el motor.
Los motores hidráulicos de desplazamiento fijo requieren un volumen fijo de aceite para que el eje gire una revolución. Este volumen se denomina cilindrada del motor, que suele medirse en pulgadas cúbicas de cilindrada (CID) o centímetros cúbicos (CC). Si se suministra al motor 100 veces su CID cada minuto, éste girará a 100 RPM. Si acelera el caudal, el motor irá más rápido; si lo reduce, el motor girará más despacio.