DEPARTAMENTO DE ENERGÍA Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ

SISTEMA HIDRÁULICOS Y NEUMÁTICOS - 3172 (202051)

Área de Conocimiento:
MECATRÓNICA
Ing. José Quiroz Erazo MSC.
DOCENTE

Unidad I: Elementos de los Sistemas Hidráulicos y

Neumáticos

Semana I: Clase I - II
Antecedentes
 CASO PRÁCTICO INICIAL
Miguel trabaja como profesional en una empresa dedicada al mantenimiento
y reparación de vehículos autopropulsados.
Los trabajos que tiene que realizar implican:
• Aplicar las leyes de hidráulica y neumática.
• Determinar la relación que existe entre estas magnitudes con las
distintas leyes que rigen a los fluidos.
• Resolver ejercicios con cálculos de presión, caudal, potencia, pérdida
de carga, etc.
• Diseñar instalaciones neumáticas.
• Realizar las comprobaciones: densidad, velocidad, pérdidas, etc.
• Obtener la caída de presión en las instalaciones montadas, mediante
ábacos y tablas.
 CASO PRÁCTICO INICIAL
Llegan a la empresa vehículos para efectuar reparaciones, en muchos
casos hay que intervenir por la parte baja del vehículo planteándose la
necesidad de elevarlos, y en otras, hay que desmontar elementos de un
peso elevado. Para ello es necesario disponer de equipos y útiles.
También llegan embalajes de recambios de gran peso que hay que
transportar, por tanto, se plantea el problema: Como elevar un gran peso
realizando un pequeño esfuerzo.
Estos equipos como elevadores, grúas, gatos, prensas, etc., destinados
a ayudar y hacer el trabajo más cómodo en la reparación de los vehículos,
necesitan un mantenimiento. Para hacerlo de forma correcta, es
necesario conocer su funcionamiento y tecnología.
Para realizar estas tareas de mantenimiento, es necesario conocer
los conceptos en los que están basados, para ello seguiremos este
procedimiento:
 CASO PRÁCTICO INICIAL
• Comprobar temperaturas y densidades.
• Medir depresiones, presiones relativas y absolutas.
• Verificar caudales.
• Sustituir lubricantes con la densidad requerida en cada caso.
• Determinar pérdidas de carga en las instalaciones y equipos de aire
comprimido.
• Utilizar equipos de medidas.
Por último, es necesario verificar el funcionamiento correcto
mediante la realización de medidas de: densidad, presión relativa
y absoluta, caudal, vacío y temperaturas.
Estudio del caso
Durante el estudio de la unidad, analiza cada punto del tema, con el
objetivo de contestar a las preguntas de este caso práctico inicial.
1. ¿Qué es la presión? 5. ¿Qué es el principio de Pascal?
2. ¿Qué es el caudal?
3. ¿Qué es la potencia?
4. ¿Qué es el principio de continuidad?
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
Como sabemos, magnitudes son todas aquellas características que
podemos medir, para lo cual las comparamos con una cantidad, a la que
llamamos unidad.
En este punto estudiaremos las magnitudes que influyen en los fluidos,
así como las distintas unidades que se emplean en medirlas y la relación
entre estas.
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
1.1. Densidad
Se llama densidad de un cuerpo a la masa que dicho cuerpo tiene por
unidad de volumen.
Un cuerpo de masa m kilogramos y volumen V litros tiene una densidad
cuyo valor es:
d = m/V (kg/litro)
La densidad se mide generalmente en:
kg/m3 o kg/L
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
1.2. Viscosidad
La viscosidad es una propiedad de los fluidos, que se define como la
resistencia que ofrecen las moléculas que configuran el fluido al
deslizarse unas sobre otras.
Cuanto mayor es la viscosidad de un líquido, mayor es también la
resistencia que este presenta al fluir.
La viscosidad se mide con un viscosímetro, que consiste en un sencillo
tubo, terminado en un orificio calibrado, a través del cual se deja escurrir
el líquido de prueba.
Según el tipo de viscosímetro que empleemos tenemos distintas unidades
de viscosidad.
El viscosímetro Engler es el más utilizado por los fabricantes de aceites,
sobre todo europeos.
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
Consiste en un recipiente de 200 cc de capacidad en el cual se introduce
el aceite a ensayar, se le hace alcanzar la temperatura correcta y se le
deja entonces escurrir totalmente, a través de una abertura inferior
cuidadosamente calibrada. El tiempo de escurrimiento se divide por el que
emplean, en el mismo tipo de ensayo y en el mismo aparato, 200 cc de
agua. El cociente se expresa en grados Engler.
Si la viscosidad es demasiado alta, aumenta la fricción; y en caso
contrario, si la viscosidad es demasiado baja, aumentan las fugas internas
al perder el efecto de sellado, lo que hace disminuir la eficacia de la
bomba y aumentar las temperaturas.

https://www.youtube.com/watch?v=uE5JhfV9FFQ
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
En 1950, la Sociedad de Ingenieros Automovilistas (SAE), de Estados
Unidos, estableció una escala de viscosidades. La mayoría de los
fabricantes de aceites se ciñen a ella.
Los aceites se designan por las siglas SAE seguidas de un número: 10,
20, 30, 40, 50, 60 o 70. A medida que el número es mayor el aceite es
más viscoso.
En hidráulica utilizaremos normalmente un SAE 10 o SAE 10W40
hidráulico. Y para engrasar, en neumática, emplearemos un SAE 10.

https://www.youtube.com/watch?v=VLN6ZWZ_Bl0
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
1.3. Presión
Se define presión como la relación o cociente entre la fuerza y la
superficie sobre la que actúa la misma:
p = F/S
Según el sistema de unidades empleado al valorar la fuerza, tenemos las
siguientes unidades de presión:
• Sistema Técnico: 1 kgf/cm2
• Sistema Internacional: 1 N/m2 =1 Pa
Así pues, un fluido sometido a la presión de un pascal y en contacto con
una superficie plana ejerce sobre cada m2 de dicha superficie una fuerza
de 1 N.

https://www.youtube.com/watch?v=vCOsz2MjW-I
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
Presión atmosférica
Como todos sabemos, la Tierra se halla envuelta de una masa de aire, a
la que llamamos atmósfera.
Pues bien, toda esa masa de aire, en la que estamos sumergidos, ejerce
una presión sobre la superficie de la tierra y el mar, debida a su propio
peso.
A 25 °C y al nivel del mar, la presión atmosférica vale 1,033 kg/cm2.
La presión atmosférica varía con la altitud. Está claro que a alturas
elevadas, al haber menos longitud de columna de aire, el peso del aire
que hay por encima será menor, pues hay menos cantidad, y por tanto, la
presión será menor.
https://www.youtube.com/watch?v=hVBLseIXMnY
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
La atmósfera técnica y el bar
Si expresamos la presión atmosférica en kgf/m2 o N/m2, obtenemos
números muy grandes, que nos complicarían notablemente los cálculos.
Por todo ello, en la práctica se utilizan múltiplos de estos, como son:
• El kgf/cm2, al que llamamos la atmósfera técnica:
1 atmósfera técnica = 1 kgf/cm2
• El bar, que equivale a 100.000 pascales:
1 bar = 100.000 pascales
Por otra parte, 1 bar es prácticamente igual a 1 kgf/cm2. A partir de ahora
consideraremos
el bar igual al kgf/cm2.
1 bar = 1 kg/cm2 = 1 atmósfera técnica.

https://www.youtube.com/watch?v=8QNabiDoDJ4
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
Presiones absolutas y relativas
En las mediciones de presión se ha de diferenciar entre presión absoluta
o barométrica y presión relativa o manométrica, según donde situemos el
cero en la escala.
La presión absoluta se mide con relación al vacío y la presión relativa se
mide con relación a la presión atmosférica local.
En neumática e hidráulica se utilizan siempre valores de presión relativa,
es decir, presiones por encima de la atmosférica del lugar en que se
efectúa la medición.
Se define como depresión (presión relativa negativa) a la diferencia entre
el valor de la presión atmosférica y la presión absoluta, cuando esta es
menor que la atmosférica.
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
1.4. Caudal
Se define como caudal a la cantidad de fluido que pasa por la sección de
un conducto en la unidad de tiempo. Esta cantidad de fluido puede ser
expresada en masa o en volumen, debiendo distinguir el caudal másico o
el caudal volumétrico.
• El caudal másico, Cm, se expresa en kg/s.
• El caudal volumétrico, Cv, en m3/s, aunque otras veces se emplea el
litro/minuto o el m3/h.
Para pasar de un tipo de caudal a otro, si conocemos la densidad
(d =m/v )del fluido.
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
1.5. Potencia
Consideremos una sección en el tubo de la figura, donde el fluido se
desplaza a una velocidad v m/s y empuja a la sección que va delante de
ella con una presión p kgf/cm2.
Para calcular la potencia que transmite este fluido, aplicamos la fórmula
de la potencia. Ya sabemos que:
P=F·v
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
 1. Magnitudes físicas de hidráulica y neumática
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
Tanto los circuitos hidráulicos como los neumáticos están regidos por
leyes que establecen relaciones entre las distintas magnitudes estudiadas
en el punto anterior.
2.1. Ley fundamental de los gases (ley de Boyle-Mariotte)
Las tres magnitudes que determinan las condiciones en que se encuentra
un gas son:
• La presión
• El volumen
• La temperatura
Cuando varía una de las magnitudes, dos o las tres a la vez, decimos que
el gas sufre una transformación.
Las transformaciones que sufre un gas, cuando varían la presión y el
volumen manteniéndose constante la temperatura, se rigen por la ley de
Boyle -Mariotte, que dice:
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
La fórmula que representa dicha ley es:
p · V = cte. o bien p1 · V1 = p2 · V2
donde:
• p1 es la presión antes de la transformación.
• V1 es el volumen antes de la transformación.
• p2 es la presión después de la transformación.
• V2 es el volumen después de la transformación.
Siempre que empleemos esta fórmula, expresaremos la presión absoluta.
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
La fórmula que representa dicha ley es:
p · V = cte. o bien p1 · V1 = p2 · V2
donde:
• p1 es la presión antes de la transformación.
• V1 es el volumen antes de la transformación.
• p2 es la presión después de la transformación.
• V2 es el volumen después de la transformación.
Siempre que empleemos esta fórmula, expresaremos la presión absoluta.
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática

2.2. Principio de continuidad

En un tubo cerrado, el caudal de fluido que circula por él es el mismo en
cualquier punto o tramo de su recorrido, aunque estos sean de distintos
diámetros.
Consideremos el tubo representado en la figura 2.19 y en él las secciones
S1 y S2.
Al cabo de un tiempo t, las partículas contenidas en dichas superficies
habrán recorrido unas distancias e1 y e2, respectivamente.
Resulta evidente que los volúmenes barridos en ambos casos han de ser
iguales.
Es por ello que podemos expresar:
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
2.3. Principio de Pascal
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
2.4. Principio de conservación de la energía
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
2.4. Principio de conservación de la energía
 2. Leyes fundamentales de hidráulica y neumática
2.4. Principio de conservación de la energía
 EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
1. ¿Cuál de estas unidades es de densidad?
a) L/min, kg/cm2.
b) kg/s.
c) g/cm3, kg/L, libra/pulgada cúbica.
d) m/s.

2. ¿Qué presión ejerce una fuerza de 100 kg al aplicarla

sobre la superficie de un émbolo de 100 mm
de diámetro?
a) 1,27 kg/cm2. b) 127 kg/cm2.
c) 1,27 kg/cm3. d) 12,7 kg.

3. ¿Qué presión miden los manómetros?

a) La absoluta. b) La residual.
c) La relativa. d) La de contacto.
 EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
4. La presión absoluta es igual a:
a) La presión atmosférica + la presión relativa.
b) La presión atmosférica – la presión relativa.
c) La presión manométrica + la presión relativa.
d) La presión manométrica – la presión relativa.

5. El caudal se mide en:

a) kg/m3, L/m2, m2/s.
b) kg/cm2, m2/h, m2/s.
c) Galones, barriles.
d) kg/s, L/min, m3/h, m3/s.

6. La potencia desarrollada por una bomba es igual a:

a) El caudal de fluido que recibe por la presión a la que lo recibe.
b) El caudal de fluido que bombea por la presión a la que lo recibe.
c) El caudal de fluido que recibe por la presión a la que lo bombea.
d) El caudal de fluido que bombea por la presión a la que lo bombea.
 EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS
7. La ley de Boyle-Mariotte dice que:
a) A presión constante, la presión por el volumen se mantiene constante,
pV = cte., o p1V1 = p2V2.
b) A temperatura constante, la presión por el volumen se mantiene
constante, pV = cte., o p1V1 = p2V2.
c) A volumen constante, la presión por el volumen se mantiene constante,
pV = cte., o p1V1 = p2V2.
d) Se pueden relacionar los gases, el volumen, la temperatura.

10. Según el principio de Pascal, al aplicar sobre un émbolo de 2 cm2

de superficie una fuerza de 10 kg, comunicado con otro émbolo de
200 cm2, la fuerza desarrollada es de:
a) 200 kg. b) 1.000 kg.
c) 2.000 kg. d) 100 kg..
 EN RESUMEN
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