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Instituto Tecnológico de Nuevo León

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA

Sistemas hidráulicos y neumáticos de potencia

Proyecto de Investigación

Alumno: David Pérez Hernández 17480546

Docente: Jorge Chacón Sol

Guadalupe, N.L. 2020

Introducción

El Principio de Pascal, se refiere a que cuando aplicas fuerzas sobre un recipiente

con algún líquido, la presión será uniforme en todas las partes del recipiente. La
prensa hidráulica se basa en este principio ya que este mecanismo que tiene
comunicación entre los dos extremos, en este caso utilizamos una manguera de
plástico que es impulsada por un pistón, o como en este caso una jeringa, a la que
aplicando fuerzas menores podremos obtener fuerzas mayores del otro lado. La
prensa hidráulica sirve para transmitir la fuerza aplicada de un lado al otro.
En el siguiente procedimiento podremos confirmar que como la presión es la
misma al pasar el líquido de un lado al otro, la fuerza aumenta o disminuye de
acuerdo al lado correspondiente. Se transmite a todos los puntos del mismo con la
misma intensidad. En el presente proyecto práctico se diseñará un prototipo de
una prensa hidráulica, para tener un mejor conocimiento a lo aprendido y ver su
gran importancia en la industria y conocer los principios básicos de la hidráulica.
Objetivo general.
Diseñar un prototipo de una prensa hidráulica de forma clara y compresible
demostrando dramáticamente la ley de Pascal y las grandes fuerzas logradas
usando sistema hidráulico.

Objetivos específicos.

 Conocer los fundamentos teóricos sobre la hidraulica y mecánica de fluidos.

 Interpretar teniendo consigo bases,las aplicaciones sobre la mecánica
de fluidos.
 Contextualizar los conceptos sobrecuál es el funcionamiento de las
prensas hidráulicas.
Metas.
Marco teórico.
Una prensa hidráulica es un mecanismo conformado por vasos comunicantes impulsados por
pistones de diferente área que, mediante pequeñas fuerzas, permite obtener otras mayores. Los
pistones son llamados pistones de agua, ya que son hidráulicos. Estos hacen funcionar
conjuntamente a las prensas hidráulicas por medio de motores.
En el siglo XVII, en Francia, el matemático y filósofo Blaise Pascal comenzó una investigación
referente al principio mediante el cual la presión aplicada a un líquido contenido en un recipiente
se transmite con la misma intensidad en todas direcciones. Gracias a este principio se pueden
obtener fuerzas muy grandes utilizando otras relativamente pequeñas. Uno de los aparatos más
comunes para alcanzar lo anteriormente mencionado es la prensa hidráulica, la cual está basada
en el principio de Pascal.
El rendimiento de la prensa hidráulica guarda similitudes con el de la palanca, pues se obtienen
presiones mayores que las ejercidas pero se aminora la velocidad y la longitud de desplazamiento,
en similar proporción.
  

En física, el principio de Pascal o ley de Pascal, es una ley enunciada por el físico

y matemático francés Blaise Pascal (1623-1662) que se resume en la frase: la
presión ejercida en cualquier lugar de un fluido encerrado e incompresible se
transmite por igual en todas las direcciones en todo el fluido, es decir, la presión
en todo el fluido es constante.
La presión en todo el fluido es constante: esta frase que resume de forma tan
breve y concisa la ley de Pascal da por supuesto que el fluido está encerrado en
algún recipiente, que el fluido es incompresible... El principio de Pascal puede
comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y
provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella
mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la
misma presión.
También podemos ver aplicaciones del principio de Pascal en las prensas
hidráulicas.
Hidraulica.
La hidráulica es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de
las propiedades mecánicas de los fluidos (líquidos). Todo esto depende de las
fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma.
Es una aplicación de la mecánica de fluidos en ingeniería, usan dispositivos que
funcionan con líquidos, por lo general agua y aceite como las maquinas ejemplo:
caladora, carros, sist de riego, etc.
CONCEPTO E IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA HIDRAULICA Y SU
DIVISION

La hidráulica es la parte de la física que estudia la mecánica de los fluidos

(líquidos) en movimiento. Se divide en dos partes, la Hidrostática tiene por objetivo
estudiar los líquidos en reposo (prensa).

 La Hidrodinámica estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento

(represa). Para ello considera, entre otras cosas: la velocidad, la presión, el flujo y
el gasto liquido.
CARACTERISTICAS DE LOS LIQUIDOS:

Viscosidad.
Esta propiedad se origina por el rozamiento de unas partículas con otras cuando
un líquido fluye. Por tal motivo, la viscosidad se puede definir como una medida de
la resistencia que opone un liquido al fluir.
Cohesión
Es la fuerza que mantiene unidas a las moléculas de una misma sustancia. Si dos
gotas de agua se juntan forman una sola. 
Adherencia.
La adherencia es la fuerza de atracción que se manifiesta entre las moléculas de
dos sustancias diferentes en contacto, comúnmente las sustancias liquidas se
adhieren a los cuerpos sólidos.
Capilaridad. 
La capilaridad se presenta cuando existe contacto entre un líquido y una pared
sólida, especialmente si son tubos muy delgados (casi del diámetro de un cabello)
llamados capilares.
DENSIDAD Y PESO ESPECIFICO
La densidad  de una sustancia, también llamada masa especifica, es una
propiedad característica o intensiva de la materia y expresa la masa contenida de
dicha sustancia en la unidad de volumen. 
Presión 
La presión inicia la relación entre una fuerza aplicada y el área sobre la cual actúa.
En cualquier caso en que exista presión, una fuerza actuará en forma
perpendicular sobre una superficie . 
Presión hidrostática y paradoja hidrostática de Stevin
La presión que ejercen los líquidos es perpendicular a las paredes del recipiente
que los contiene. Dicha presión actúa en todas direcciones y solo es nula en la
superficie libre del líquido. A esta presión se le llama hidrostática
Presión Atmosférica.
La tierra está rodeada por una capa de aire llamada atmósfera. El aire, que es una
mezcla de 20% de oxígeno, 79% de nitrógeno y 1% de gases raros, debido a su
peso ejerce una presión sobre todos los cuerpos que están en contacto con él, la
cual es llamada presión atmosférica.
Presión manométrica y presión absoluta
Un líquido contenido en un recipiente abierto, además de la presión originada por
su peso soporta la presión atmosférica, la cual se transmite uniformemente por
todo el volumen del líquido.
HIDRODINAMICA 
La hidrodinámica es la parte de la hidráulica que estudia el comportamiento de los
líquidos en movimiento.
Aplicación de la hidrodinámica.
Las aplicaciones de la hidrodinámica en el diseño de canales, puertos, presas,
cascos de barcos, hélices, turbinas y conductos en general.
Con el objetivo de facilitar el estudio de los líquidos en movimiento, en general se
hacen las siguientes suposiciones.

1. Los líquidos son incomprensibles por completo.

2. Se considera despreciable la viscosidad, es decir se supone que los líquidos
son ideales y por ello no presentan resistencia al flujo, lo cual posibilita despreciar
las perdidas de energía mecánica producidas por su viscosidad pues, como
sabemos durante el movimiento esta genera fuerzas tangenciales entre las
diferentes capas de un liquido.
3. El flujo de los líquidos se supone estacionario o de régimen estable. Esto
sucede cuando la velocidad de toda partida de un liquido es igual al pasar por el
mismo punto .
Elementos de un sistema hidráulico
Los elementos básicos de un sistema hidráulico son: Depósito, bomba, válvula,
conductos y actuador.
Depósito
Es el elemento del sistema encargado de contener o depositar el líquido con que
trabajará el sistema.
Bomba;
Mecanismo o elemento del sistema que se encarga de mover el líquido desde el
depósito al actuador, es decir que es quien transforma o le otorga presión al
líquido.

Válvula;
Son los elementos del sistema que le proporciona al líquido dirección, o por medio
de la cual se le puede otorgar el control de la presión, del caudal, detenerlo o
permitir la circulación.

Actuador;
Es el elemento del sistema que recibe el movimiento, o la presión del liquido,
generada por la bomba, y realizar el trabajo propiamente dicho, como ser, mover
una parte de una máquina, realizar el riego (en el caso de un sist de riego)
  

Conductos;
Es el elemento que se encarga de conducir el líquido con que trabaja el sistema,
puede ser una manguera, un caño, una canaleta, etc
Evolución Histórica

  Al hablar de herramientas  y remontarse a los orígenes del humanidad,

evidenciaremos como  desde siempre estas lo acompañaron en su evolución.

  Cuando las manos del hombre ya no eran suficientes para realizar alguna tarea,
necesito algún objeto o dispositivo para ayudarse, así nacieron las primeras
maquinas.

Las primeras prensas

   El diseño de las primeras prensas aplicaban técnicas puramente  manuales,

estás poseían un sistema de tornillos o pernos que se hacían girar gracias a la
fuerza humana.
  Tecnológicamente, el hombre dejo libre sus manos, aproximadamente-en un
periodo posterior al Imperio romano, entre los años 1000 al 1200 de nuestra
gracias al aporte de científicos como:

Blaise Pascal (1623-1662)

     Estableció la ley de los fluidos “La presión ejercida sobre un fluido

incomprensible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes
indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y
en todos los puntos del fluido”
Se establecio entonces:

                P1=P2 (porque la presión interna es la misma para todos los punto)

                      P1= F1/A1

                              P2= F2/A2

                                  F1/A1 = F2/A2

                                           F2=F1.(A2/A1)

     En esencia  se comprobó como en dos cilindros  comunicados entre si y cuyo
interior esta completamente lleno de un liquido que puede ser agua o aceite,dos
émbolos A1 y , A2 de secciones diferentes se ajustan respectivamente en cada
uno de los cilindros de modo de que estén en contacto con el liquido.Cuando
sobre el embolo de menor sección A1 se ejerce una fuerza F1 la presión P1 que
se origina en el liquido en contacto con el se transmite íntegramente y de forma
casi inmediata a todo el resto del liquido. Por  el principio de Pascal , la presión P1
sera igual a la presión P2  que ejerce el fluido en la sección A2.

  Joseph Bramah (13-Abril-1748 – 9-Diciembre-1814), nacido Stainborough Lane

Farm Wentworth, Yorkshire Inglaterra, considerado uno de los dos padres de la
ingeniería hidráulica. inventa la prensa hidráulica basándose en el principio de
pascal. 

Deficion de Prensa Hidraulica

“ Son máquinas herramientas cuya característica es la entrega de grandes

cantidades de energía (Fuerza x recorrido) de forma controlada “.

       En la prensa hidráulica,  El volumen de líquido desplazado por el pistón

pequeño se distribuye en una capa delgada en el pistón grande, de modo que el
producto de la fuerza por el desplazamiento (el trabajo) es igual en ambas
ramas.la máquina utilizada para la mayoría de las operaciones de trabajo en frió y
algunos en caliente, se conoce como prensa. Consiste de un bastidor que sostiene
una bancada y un ariete, una fuente de potencia, y un mecanismo para mover el
ariete linealmente y en ángulos rectos con relación a la bancada.  

Partes Fundamentales de una Prensa Hidraulica

    
 Clasificación de las Prensas

    Atendiendo a la forma de entregar la energía las prensas pueden ser mecánicas
o hidráulicas. 

Prensas Mecánicas. Constan de un motor eléctrico que hace girar un volante de

inercia que sirve de acumulador de energía. La energía se entrega a la parte móvil
de la prensa (carro) mediante un embrague o acoplamiento. La entrega de la
energía es rápida y total gastando en cada golpe una fracción de la capacidad de
trabajo acumulada. Se usan para trabajos de corte, estampación, forja y pequeñas
embuticiones. (ver figura ).

Prensa Mecánica Excéntrica de simple efecto.

Prensas Hidráulicas. Se basan en el conocido principio de Pascal, alimentándose

un pistón de gran diámetro con fluido a alta presión y bajo caudal consiguiendo
altísimas fuerzas resultantes. La entrega de energía es controlada en cada
momento tanto en fuerza como en velocidad por lo que mantenemos el control
constante del proceso. Se usan en operaciones de embutición profunda y en
procesos de altas solicitaciones como acuñado.  
 Usos y Ventajas
 

   A algunas prensas diseñadas especialmente para un tipo de operación, se le

puede conocer por el nombre de la operación, prensa punzonadora o prensa
acuñadora. La clasificación está en relación a la fuente de energía, ya sea
operada manualmente o con potencia. Las maquinas operadas manualmente se
usan para trabajos en lámina delgada de metal, pero la mayor parte de maquinaria
para producción se opera con potencia. Otra forma de agrupar a las prensas, está
en función del número de arietes o los métodos para accionarlos

   Para seleccionar el tipo de prensa a usar en un trabajo dado, se deben

considerar:
    El tipo de operación a desarrollar, tamaño de la pieza, potencia requerida, y la
velocidad de la operación. Para la mayoría de las operaciones de punzonado,
recortado y desbarbado, se usan generalmente prensas del tipo manivela o
excéntrica. En estas prensas, la energía del volante se puede transmitir al eje
principal, ya sea directamente o a través de un tren de engranes. La prensa de
junta articulada se ajusta idealmente a las operaciones de acuñado, prensado o
forja. Tienen una carrera corta y es capaz de imprimir una fuerza extrema.

Prensas para trabajos mixtos progresivos, Prensas múltiples (o de paso). Se

entiende por trabajo progresivo de prensado la serie de operaciones sucesivas
que transforman gradualmente (Ver figura 3), con un mismo troquel, una chapa
plana, una tira o una cinta, a fin de obtener piezas con otra forma. El
procedimiento consiste en un mínimo de dos fases, a saber: corte y doblado, o
embutido y corte. El objetivo es el poder obtener en un solo tiempo y con un solo
troquel una serie de operaciones sucesivas. Es necesario que los punzones estén
paralelos entre si y actúen sincronizados haciéndolos trabajar en forma regular.
                                        

 Prensa Múltiple
Prensas combinadas (de bloque). Son prensas que por tener acción mixta,
tienen sus útiles combinados (no en línea), realizando el proceso en una sola
operación. Las operaciones que combinan pueden ser de corte, embutido,
doblado, agujereado, etc. Por lo tanto tendremos por ejemplo 
• Prensas para doblar y embutir.
• Prensas de cortar y embutir.
• Prensas para cortar, embutir y agujerear. 
 Otras Clasificaciones de Prensas

Por su sistema de transmisión; Pueden clasificarse en «prensas a volante

directo», «prensas de reducción», «prensas de doble reducción», «prensas de
reducción paralela» y «prensas de cinemática especial».

 Por su estructura; Se pueden clasificar en «prensas de cuello de cisne y

«prensas de doble montante» (dentro de estas existen las monobloc y las de
piezas armadas por tirantes).

Por su velocidad; Se clasifican en «prensas convencionales» (de 12 a 200

golpes minuto en función de su tamaño), «prensas rápidas» (de 300 a 700 golpes
por minuto) y «prensas de alta velocidad» (de 800 hasta 1600 golpes por minuto);
las más rápidas son de fabricación japonesa y suiza. 

   Otro tipo de prensas aparecidas recientemente son las "servoprensas", en

estas prensas se elimina el embrague y el volante de inercia obteniendo toda su
energía de uno o varios servomotores conectados al eje principal mediante
reductoras planetarias o epicloidales, o mediante palancas articulas. La aparición
de estas máquinas ha impulsado también el desarrollo de prensas híbridas de
distintos tipos (con servo y volante y embrague). 

Operaciones que pueden ser realizadas en una Prensa

     Punzonado o corte de la chapa: El Punzonado es una operación mecánica

mediante la cual, con herramientas especiales aptas para el corte, se consigue
separar una parte metálica de  otra, obteniéndose instantáneamente una figura o
forma deseada. (Ver figura). El punzón en primer tiempo, y prosiguiendo la presión
que ejerce sobre la chapa, completa su labor con una compresión del metal, con lo
cual da lugar a una deformación plástica del material y se origina, en esta primera
fase un vientre cóncavo. Luego el punzón encontrando libre el camino en la matriz,
ocasionando una expansión lateral del medio plástico, luego el esfuerzo de
compresión se convierte inmediatamente en un esfuerzo a cortadura y sobreviene
un brusco desgarre y  el trozo de metal sujeto al punzón se separa y cae al fondo
de la matriz
    La relación entre espesor S de la chapa y el diámetro D del punzón resulta a
S/D para la chapa de hierro y punzón de acero, con valor de 1,2 máximo 
Podemos deducir el concepto práctico siguiente: la chapa de acero para que
pueda ser cortada, su espesor debe ser menor o igual al diámetro del punzón. El
juego entre punzón y matriz depende del grueso de la chapa. El juego es aplicable
para una chapa de gran espesor y será mayor para acero duro que para acero
dulce o aluminio, entre otros. El valor del juego es entre el 5 a 13% dependiendo
del espesor de la chapa. Determinado el juego correcto se aumenta la duración de
la herramienta. Disposición de la figura: La mejor disposición de la figura a cortar
asegura una pérdida de material mínima. La separación mínima de figuras a cortar
nunca debe ser menor al espesor de la chapa. 

Esfuerzo de corte 

Punzonado: En el contacto con la chapa, el punzón comprime y luego corta. La

dilatación del material produce contra las paredes de la matriz rozamiento durante
el corte, y por ende necesitando un mayor esfuerzo.

Doblado, Curvado, Bordonado y perfilado: Estas operaciones son  muy

importante en los ciclos productivos, porque ellas van después del Punzonado de
la chapa. Durante estas operaciones es necesario evitar que la chapa experimente
un alargamiento, dado que si se produce, la chapa variara su espesor. Estas
operaciones, consisten en variar la forma de un objeto de la Chapa sin alterar su
espesor, de forma que todas las secciones permanezcan constantes como se
muestra a continuacion.

Doblado :

 Embutido, Estirado y Extruccion

Operación de Embutido. Se puede emplear el término embutir para  indicar la

operación mediante la cual se somete a una chapa bajo la forma de un cuerpo
hueco. La operación de embutir consiste en transformar una chapa plana en un
cuerpo hueco, procediendo gradualmente con una o más pasadas. 

Operación de Extrusión. La palabra extrusión deriva de la palabra estrujar, que

significa comprimir y expeler algo hacia afuera con violencia. Esta palabra se usa
industrialmente para  definir el proceso mediante el cual se puede comprimir y
expeler hacia fuera de la matriz, un material blando por medio de un punzón

Operacion de Forjado: Es un método de manufactura de piezas metálicas, que

consisten en la deformación plástica de un metal, ocasionada por esfuerzos
impuestos sobre el, ya sea por impacto o por presión. En el proceso, el metal fluye
en la direcciónde menor resistencia, así que generalmente ocurrirá un
alargamiento lateral al menos que se le contenga.  

Existen dos clases de forja, en matriz abierta y en matriz cerrada. 

-Forja en matriz abierta: Producción de piezas pesadas con tolerancias grandes y

en lotes pequeños y medianos.
            -Forja en matriz cerrada: Producción de piezas de peso reducido, de
precisión y en             lotes de 1000 a 10000 unidades 
 Normas de seguridad para la aplicacion y uso

    
    Para minimizar los riesgos en el uso y aplicación de estos equipos se establece
en la norma cumplir con los siguientes métodos de aseguramiento

Ciclos de Prueba y  de capacidad

      
                                                             TABLA  1