Hidraulică

Notiuni generale despre hidraulica

Hidraulica este ştiinţa care studiază legile de echilibru şi de mişcare a fluidelor din punct de vedere a aplicaţiilor în tehnică.

Denumirea de hidraulică provine din cuvintele greceşti hidra-apa si aulos-tub. Noţiunea a fost iniţial pusă în legătură cu orga de apă (instrument muzical în Grecia antică) unde caracteristicile sunetelor erau realizate de înalţimea coloanelor de apă.

Hidraulica studiază in principal lichidele care sunt fluide practic incompensibile,ele nu au forma proprie ci sunt perfect plastice la efortul de compresiune. Lichidele în cantităţi mici iau forma sferică iar in cantităţi mari iau forma recipientului, prezentând o suprafaţă liberă.

Locul hidraulicii in industrie

Hidraulica are un vast domeniu de aplicabilitate. Apa fiind un element indispensabil vietii, primele asezări omeneşti au fost condiţionate de prezenţa ei.In timp au apărut primele lucrări hidrografice: diguri, stăvilare, apeducte, sisteme de irigaţii. Mai târziu rezervele mari de apă strănse in lacurile de acumulare sau canale au putut fi utilizate după dorinţa pentru irigaţii, navigaţie, pentru scopuri industriale sau energetice.

Domeniul de aplicabilitate al hidraulicii s-a extins considerabil. La ora actuală nu există nici o ramură a tehnicii unde să nu îsi găsească aplicabilitate.

Exemple;

• Industria constructoare de masini: în tehnica automobilului, aviaţiei, navale si alimentară s-au extins sistemele hidraulice de comenzi, acţionări si automatizări, amortizoare etc.

• Transportruri: principiile de funcţionare ale celor mai multe mijloace de transport sunt bazate pe legile hidraulicii.Astfel sunt vapoarele şi submarinele, avioanele etc. De asemenea transportul fluidelor in conducte şi canale, transportul hidraulic şi pneumatic al diferitelor materiale in suspensie (pulberi, paste, grâne).

• Masini hidraulice: reprezintă de asemenea un domeniu vast de aplicabilitate, turbine hidraulice sau eoliene, turbine de foraj, pompe de diferite tipuri etc.

Mediul hidraulic

Mediul hidraulic, agentul motor sau lichidul de lucru sunt denumiri atribuite frecvent fluidului utilizat in sistemele hidraulice de acţionare. Acest fluid este supus, în timpul funcţionării sistemului, unor condiţii de lucru deosebit de grele pentru transmiterea mişcării şi efortului, cum sunt: variaţia într-un domeniu larg a temperaturii, presiunii şi vitezelor de lucru, condiţii în care trebuie să-şi menţină propietăţile fizico-chimice şi mecanice pe o perioadă determinată.

Cerinţe impuse mediului hidraulic şi tipuri de medii utilizate

Condiţiile grele de lucru expuse ridică restricţii deosebit de severe şi impun o selectare riguroasă a categoriilor de fluide care să corespundă la majoritatea cerinţelor ce se impun acestora. Dintre cele mai importante cerinţe care se impun şi pe baza cărora se aleg aceste lichide de lucru, se menţionează următoarele:

- bune propietăţi lubrifiante şi înaltă rezistenţă mecanică a peliculei de lichid;

- înaltă rezistenţă şi stabilitate chimică şi termică spre a prevenii oxidarea, descompunerea şi degradarea acestuia;

- variaţie minimă a vâscozităţii cu temperatura;

- să nu degaje vapori la temperaturi obişnuite de funcţionare şi să nu conţină impurităţi care să faciliteze degajare de vapori;

- să nu conţină, să nu absoarbă şi să nu degaje aer peste cantitatea admisa de prescripţiile tehnice;

- să nu provoace corodarea şi deteriorarea elementelor de etanşare;

- să aibă un punct ridicat de inflamabilitate şi cât mai scăzut de congelare;

- conţinut minim de impurităţi mecanice si tehnice.

Lichidele care corespund cel mai bine la aceste cerinţe şi care au căpătat o largă răspândire sunt uleiurile minerale. În afară de acestea se folosesc şi o serie de lichide de sinteză precum şi alte medii, în condiţii speciale de funcţionare.

Uleiuri minerale

Uleiurile minerale se obţin din ţiţei prin extragerea unor fracţiuni conţinând hidrocarburi grele. Hidrocarburile parafinice, naftinice şi aromatice, conţinute în ţiţei, se găsesc fie independent, fie legate între ele. În afară de hidrocarburi, în materia primă se mai găsesc şi alţi componenţi, care, pe lângă carbon şi hidrogen, mai conţin şi sulf, dând naştere unor substanţe asfaltoase, răşini, acizi naftenici etc., substanţe care urmează a fi eliminate, fiind dăunătoare funcţionării sistemului de acţionare.

Metamorfoza la care este supus ţiţeiul pentru obţinerea uleiului mineral este compusă dintr-o serie de faze succesive, după cum urmează: distilarea; rafinarea cu acizi sau cu solvenţi pentru eliminarea compuşilor asfaltoşi; neutralizarea, în vederea eliminării rămăşiţelor de acizi de la operaţia precedentă, ultima operaţie fiind tratarea cu pământuri decolorante pentru asigurarea transparenţei şi puritatea necesară produsului finit.

Pentru ameliorarea calităţii uleiurilor minerale se folosesc diverse procedee de suprarafinare, hidrorafinare şi hidrotratare cu care se obţin indici de viscozitate până la 120 şi chiar superiori.

O altă metodă de creştere a calităţii uleiurilor minerale o constituie aditivitatea acestora cu aditivi antioxidanţi, antiuzură, anticorozivi, antispumanţi, anticongelanţi, antirugină etc.

Dintr-un număr mare de tipuri de uleiuri minerale se recomandă, pentru acţionările hidraulice, uleiurile hidraulice din grupa H pentru solicitări uşoare.

Uleiurile din această grupă, H19… H72, se recomandă pentru cazul unor solicitări uşoare până la presiuni de 50 daN/cm2, la temperaturi de maximum 50o grade C si minimum de –5o C.

Pentru solicitări mai grele se folosesc uleiuri aditivate din grupa H12… H38, care pot fi folosite la presiuni de maximum 300 daN/cm2 la temperaturi cuprinse între 25o şi 85o C.

Lichide de sinteză şi alte medii utilizate

În cazul se cere o mare stabilitate a viscozităţii si a inerţie chimică se recomandă a se utiliza lichide sintetice din polimeri ai oxidului de siliciu, compuşi pe bază de eteri sau alte lichide de sinteză.

Din motive de protecţie a muncii, ecologice şi tehnice se constată o tendinţă de revenire la utilizarea apei în acţionarea hidraulică. Motivaţia tehnică se referă atât la factori tehnico-economici legaţi de costurile lichidului cât mai ales de rigiditatea superioară a acesteia, în comparaţie cu uleiul mineral sau alte lichide de sinteză.

La presiuni ridicate se poate folosi un amestec de ulei de transformator cu petrol care rezistă la presiuni până la 10 kbar şi temperaturi cuprinse între 0o – 100o C.

De menţionat, ca la presiuni ultraridicate de peste 30 kbar şi temperaturi nu prea ridicate toate lichidele se solidifică. În aceste condiţii se recomandă utilizarea unor medii solide transmiţătoare de presiune cum sunt: polifluoretilena, clorura de argint, pirofilitul, talcul etc.