Προτού μιλήσουμε για τη μετάδοση ενέργειας μέσω υγρών, πρέπει να κατανοήσουμε ορισμένες ιδιότητες των υγρών και τον τρόπο με τον οποίο μεταδίδεται η δύναμη μέσω αυτών. Αυτό θα μας βοηθήσει να κατανοήσουμε γιατί η υδραυλική λειτουργεί με τον συγκεκριμένο τρόπο.

Υγρό

Ένα ρευστό είναι οποιαδήποτε ουσία που δεν έχει σταθερό σχήμα. Τα ρευστά περιλαμβάνουν τόσο τα υγρά όσο και τα αέρια.

Υγρό

Ένα υγρό, όπως και ένα αέριο, αποτελείται από μόρια. Ωστόσο, σε αντίθεση με το αέριο, τα μόρια ενός υγρού έλκονται στενά μεταξύ τους — αλλά όχι τόσο σφιχτά ώστε να είναι «κλειδωμένα» σε σταθερές θέσεις, όπως συμβαίνει στα στερεά. Γι’ αυτό το λόγο ένα υγρό ρέει ελεύθερα και λαμβάνει το σχήμα του δοχείου που το περιέχει.

Σχήμα 2-1: Τα μόρια του υγρού (κάτω) είναι συσκευασμένα στενά μεταξύ τους και βρίσκονται σε συνεχή κίνηση, ενώ τα μόρια του αερίου (πάνω) είναι μακριά μεταξύ τους.

Κινητική ενέργεια μορίων

Τα μόρια ενός υγρού βρίσκονται πάντα σε κίνηση — ακόμη και όταν το υγρό φαίνεται τελείως ακίνητο. Ολισθαίνουν και γλιστρούν συνεχώς μεταξύ τους. Αυτή η μοριακή κίνηση ονομάζεται εσωτερική ενέργεια του υγρού.

Τα υγρά λαμβάνουν το σχήμα του δοχείου που τα περιέχει

Λόγω αυτής της συνεχούς μοριακής ολίσθησης, ένα υγρό ρέει και γεμίζει οποιοδήποτε δοχείο το περιέχει. Είτε υπάρχει πολύ υγρό είτε λίγο, λαμβάνει πάντα το σχήμα του δοχείου. Αυτή η ιδιότητα συνδέεται στενά με την ιξώδες, η οποία αναλύεται σε επόμενα κεφάλαια.

Τα υγρά είναι σχετικά ασυμπίεστα

Επειδή τα μόρια των υγρών είναι στενά συσκευασμένα, τα υγρά συμπεριφέρονται όπως τα στερεά με έναν σημαντικό τρόπο: είναι σχετικά ασυμπίεστα — δεν μπορούν να συμπιεστούν σε σημαντικά μικρότερο όγκο.

Γι’ αυτόν τον λόγο οι καταδύτες εισέρχονται στο νερό με τα πόδια ή τα χέρια πρώτα (η «είσοδος με μαχαίρι»), αντί να πέφτουν με το στομάχι. Το νερό δεν μπορεί να απομακρυνθεί αρκετά γρήγορα όταν πληγώνεται από μια μεγάλη επίπεδη επιφάνεια, και η πρόσκρουση μοιάζει με πρόσκρουση σε στερεό. Τα πόδια ή τα χέρια διαχωρίζουν το νερό με μια μικρή επιφάνεια, και η μικρή επιφάνεια σημαίνει πολύ μικρότερη δύναμη πρόσκρουσης.

Επειδή ένα υγρό είναι σχετικά ασυμπίεστο και λαμβάνει το σχήμα οποιουδήποτε δοχείου, προσφέρει πραγματικό πλεονέκτημα όσον αφορά τη μετάδοση δύναμης.

Μετάδοση Δύναμης

Οι τέσσερις μέθοδοι μετάδοσης ενέργειας (μηχανική, ηλεκτρική, υδραυλική, πνευματική) μπορούν όλες να μεταδίδουν τόσο στατική δύναμη (δυναμική ενέργεια) όσο και δυναμική δύναμη (κινητική ενέργεια). Όταν μια στατική δύναμη μεταδίδεται μέσω υγρού, συμβαίνει κάτι ιδιαίτερο.

Δύναμη που μεταδίδεται μέσω υγρού

Σε αντίθεση με τη δύναμη που ασκείται σε ένα στερεό, η δύναμη που ασκείται σε ένα περιορισμένο υγρό μεταδίδεται σε όλο το υγρό ως πίεση — και η πίεση είναι ίση σε κάθε σημείο του υγρού.

Εάν ωθήσουμε ένα κινητό έμβολο που βρίσκεται επάνω σε ένα δοχείο γεμάτο με υγρό, η δύναμη που ασκούμε δημιουργεί πίεση, και αυτή η πίεση μεταδίδεται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις μέσω του υγρού.

Ανεξάρτητα από το πώς δημιουργήθηκε η πίεση — μέσω εμβόλου, χεριού, βαρύτητας, ελατηρίου, συμπιεσμένου αέρα ή οποιουδήποτε συνδυασμού — μόλις η δύναμη εισέλθει σε ένα περιορισμένο υγρό, μετατρέπεται σε πίεση και μεταδίδεται εξίσου σε όλο το υγρό.

Επειδή το υγρό λαμβάνει το σχήμα οποιουδήποτε δοχείου, η πίεση μπορεί να μεταδοθεί ανεξάρτητα από το σχήμα του δοχείου.

Σχήμα 2-4: Η δύναμη που ασκείται στο έμβολο μετατρέπεται σε πίεση στο υγρό. Αυτή η πίεση διαδίδεται εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις — αυτή είναι η βασική αρχή των υδραυλικών συστημάτων.

Ο Νόμος του Πασκάλ

Η ιδιότητα ενός υγρού να μεταδίδει την πίεση εξίσου προς όλες τις κατευθύνσεις ονομάζεται Νόμος του Pascal, προς τιμήν του εξευρέτη του, Blaise Pascal.

Η μαθηματική μορφή του Νόμου του Pascal είναι η ίδια με τον τύπο της πίεσης που εισήχθη στο Κεφάλαιο 1:

Μετρητές πίεσης

Ένα μανόμετρο μετρά την πίεση που ασκείται στο υγρό του συστήματος. Οι δύο πιο συνηθισμένοι τύποι στα υδραυλικά συστήματα είναι το μανόμετρο με σωλήνα Bourdon και το μανόμετρο με έμβολο.

Μανόμετρο με σωλήνα Bourdon

Ένα μανόμετρο με σωλήνα Bourdon αποτελείται από ένα διακοσμητικό πρόσωπο (δείκτη) και ένα δείκτη. Ο δείκτης συνδέεται με ένα καμπύλο, εύκαμπτο μεταλλικό σωλήνα που ονομάζεται σωλήνας Bourdon. Η πίεση του συστήματος εισέρχεται στον σωλήνα μέσω της εισόδου. Η κλίμακα σημειώνεται συνήθως σε psi, bar ή Pa.

Πώς λειτουργεί ο σωλήνας Bourdon

Καθώς η πίεση του συστήματος αυξάνεται, η διαφορά επιφάνειας μεταξύ του εσωτερικού και του εξωτερικού του καμπύλου σωλήνα τείνει να τον ευθυγραμμίσει. Αυτή η κίνηση ευθυγράμμισης κινεί το δείκτη στο διακοσμητικό πρόσωπο για να υποδείξει την πίεση. Τα μανόμετρα με σωλήνα Bourdon είναι ακριβή όργανα με ακρίβεια 0,1% έως 3,0% της πλήρους κλίμακας· χρησιμοποιούνται σε εργαστηριακές δοκιμές ή οπουδήποτε η ακρίβεια μέτρησης πίεσης είναι κρίσιμη.

Μανόμετρο τύπου εμβόλου

Ένα μανόμετρο τύπου εμβόλου αποτελείται από ένα έμβολο, ένα ελατήριο ισορροπίας, ένα δείκτη και μια κλίμακα. Η πίεση του συστήματος ασκείται στην επιφάνεια του εμβόλου, ωθώντάς το προς το ελατήριο. Η κίνηση του εμβόλου κινεί το δείκτη στον δείκτη. Η κλίμακα είναι βαθμονομημένη σε psi (bar). Τα μανόμετρα εμβόλου είναι ανθεκτικά και οικονομικά — μια συνηθισμένη επιλογή για την καθημερινή παρακολούθηση του συστήματος.

Σχήμα 2-6: Μανόμετρο τύπου εμβόλου — η πίεση του συστήματος ωθεί το έμβολο προς το ελατήριο. Η μετατόπιση του εμβόλου κινεί το δείκτη.

Μετατροπή Πίεσης σε Μηχανική Δύναμη

Η μετάδοση της πίεσης μέσω ενός σφραγισμένου υγρού είναι χρήσιμη μόνο εάν η πίεση μπορεί να μετατραπεί ξανά σε μηχανική δύναμη κάπου αλλού. Αυτό είναι το καθήκον του ενεργοποιητή (actuator) — λαμβάνει υδραυλική πίεση και τη μετατρέπει σε μηχανική δύναμη.

Ένας υδραυλικός κύλινδρος είναι ένας τύπος ενεργοποιητή.

Υδραυλικός κύλινδρος

Ένας υδραυλικός κύλινδρος λαμβάνει υδραυλική πίεση και τη μετατρέπει σε ευθύγραμμη (γραμμική) μηχανική δύναμη. Μέσω κατάλληλων μηχανικών συνδέσμων μπορεί επίσης να μετατραπεί σε περιστροφική κίνηση.

Κατασκευή κυλίνδρου

Τα βασικά μέρη ενός κυλίνδρου είναι: το κύλινδρο (σωλήνας), οι καπακιές των άκρων, ο εμβολοφόρος δίσκος, η ράβδος του εμβόλου και οι θύρες εισόδου/εξόδου. Κάθε άκρο διαθέτει μία καπακιά. Ο εμβολοφόρος δίσκος μπορεί να ολισθαίνει εντός του κυλίνδρου. Η ράβδος συνδέεται με τον εμβολοφόρο δίσκο. Οι θύρες εισόδου και εξόδου σε κάθε άκρο του κυλίνδρου επιτρέπουν τη ροή του λειτουργικού λαδιού προς τα μέσα και προς τα έξω.

Σχήμα 2-8: Διατομή υδραυλικού κυλίνδρου. Το λάδι εισέρχεται από μία θύρα, ωθεί τον εμβολοφόρο δίσκο και η ράβδος εκτείνεται. Το λάδι που εξέρχεται από την άλλη θύρα επιστρέφει στη δεξαμενή.

Πώς λειτουργεί ένας κύλινδρος

Όταν η θύρα εισόδου του κυλίνδρου συνδεθεί με το σύστημα, ο κύλινδρος γίνεται μέρος του συστήματος. Η πίεση από το σημείο Α μεταδίδεται μέσω του συστήματος στον εμβολοφόρο δίσκο εντός του κυλίνδρου. Η πίεση αυτή, που ασκείται στην επιφάνεια του εμβολοφόρου δίσκου, παράγει μηχανική δύναμη στο σημείο Β — στο άκρο της ράβδου.

Εφαρμόζοντας πίεση

Όταν η πίεση μεταδίδεται μέσω ενός σφραγισμένου υγρού, κάποιο κινούμενο μέρος παράγει την πίεση. Σε όλα τα προηγούμενα παραδείγματα, το κινούμενο μέρος είναι ένας εμβολοφόρος δίσκος. Η διαίρεση της δύναμης με την επιφάνεια του εμβολοφόρου δίσκου δίνει την πίεση στο σύστημα (P = F/A).

Πολλαπλασιασμός Μηχανικής Δύναμης

Οι υδραυλικές δυνάμεις μπορούν να ενισχύσουν (πολλαπλασιάσουν) τη μηχανική δύναμη. Ο συντελεστής πολλαπλασιασμού εξαρτάται από το εμβαδόν του εμβόλου του υδραυλικού κυλίνδρου (in² ή cm²). Εφόσον η πίεση μεταδίδεται ομοιόμορφα μέσω ενός κλειστού υγρού, εάν το έμβολο του εξόδου είναι μεγαλύτερο από το έμβολο της εισόδου, η δύναμη εξόδου είναι μεγαλύτερη από τη δύναμη εισόδου.

Παράδειγμα: Δύναμη 5.000 λίβρες (22.200 N) ασκείται σε έμβολο με εμβαδόν 10 in² (64,52 cm²), παράγοντας πίεση:

Η ίδια πίεση των 500 psi ασκείται σε έμβολο εξόδου 15 in² (96,78 cm²):

Σχήμα 2-9: Μηχανικός πολλαπλασιασμός δύναμης. Η ίδια πίεση ασκείται σε και τα δύο έμβολα, αλλά το μεγαλύτερο έμβολο παράγει μεγαλύτερη δύναμη. F = P × A.

Ενισχυτής πίεσης

Ένας ενισχυτής πίεσης (επίσης γνωστός ως booster) μπορεί να ενισχύσει την υδραυλική πίεση. Χρησιμοποιεί δύο εμβόλους που συνδέονται με μία ράβδο εντός ενός ενιαίου περιβλήματος με θύρες εισόδου, εξόδου και αποστράγγισης. Ο μεγάλος έμβολος ανιχνεύει την πίεση του συστήματος· η δύναμη που παράγει μεταφέρεται στον μικρό έμβολο, ο οποίος παράγει υψηλότερη εξερχόμενη πίεση λόγω του μικρότερου εμβαδού του.

Πώς λειτουργεί ένας ενισχυτής πίεσης

Ο μεγάλος έμβολος ανιχνεύει την πίεση του συστήματος και μεταφέρει αυτήν τη δύναμη μέσω της ράβδου στον μικρό έμβολο. Επειδή ο μικρός έμβολος έχει μικρότερο εμβαδόν, η εξερχόμενη πίεση στο άκρο του μικρού εμβόλου είναι υψηλότερη — η πίεση ενισχύεται.

Παράδειγμα: Δύναμη 5.000 lbs (22.200 N) ασκείται στον μεγάλο έμβολο (εμβαδόν: 15 in² / 96,78 cm²). Πίεση = 333 psi (22,9 bar). Αυτή η δύναμη μεταφέρεται στον μικρό έμβολο (εμβαδόν: 0,76 cm²). Εξερχόμενη πίεση = 5.000 lbs / 0,76 cm² × (1/10.000) = 2.000 psi (137,9 bar). Εξερχόμενη δύναμη = 30.000 lbs (133.200 N).

Μία συνηθισμένη εφαρμογή των ενισχυτών πίεσης είναι σε συστήματα σύσφιξης.

Σχήμα 2-11 Ενισχυτής πίεσης. Το μεγάλο έμβολο μεταφέρει τη δύναμή του στο μικρό έμβολο, το οποίο έχει πολύ μικρότερη επιφάνεια — παράγοντας πολύ υψηλότερη πίεση στην έξοδο.

Υδραυλική Μετάδοση Ενέργειας

Ο σκοπός της χρήσης υδραυλικών συστημάτων (ή οποιασδήποτε άλλης μεθόδου μετάδοσης ενέργειας) σε μια μηχανή είναι η πραγματοποίηση χρήσιμης εργασίας. Για να εκτελέσει εργασία ένας κύλινδρος, πρέπει να ασκήσει δύναμη στο φορτίο και να το μετακινήσει κατά μία απόσταση — συνεπώς το σύστημα χρειάζεται ένα στοιχείο που μπορεί να χρησιμοποιεί ενέργεια για να παρέχει συνεχή ροή υγρού.

Υδραυλικός αποθηκευτής

Όλα όσα εξετάσαμε μέχρι στιγμής και δημιουργούν πίεση σε ένα σφραγισμένο υγρό χρησιμοποιούν εμβόλους και κυλίνδρους. Το έμβολο ασκεί δύναμη· ο κύλινδρος σφραγίζει το υγρό. Αυτού του είδους η συσκευή ονομάζεται αποθηκευτικό δοχείο (accumulator).

Ένα αποθηκευτικό δοχείο (accumulator) μπορεί να αποθηκεύει τη δυναμική ενέργεια ενός υγρού υπό πίεση. Η αποθηκευμένη αυτή δυναμική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε ενέργεια εργασίας (ροή και πίεση).

Παράδειγμα: Ένας αποθηκευτήρας πίεσης 500 psi (34,5 bar) παρέχει πίεση για να ωθήσει ένα φορτίο. Από την αποθηκευμένη πίεση των 500 psi, τα 400 psi (27,6 bar) χρησιμοποιούνται για να υπερνικηθεί η αντίσταση του φορτίου, ενώ η υπόλοιπη πίεση μετατρέπεται σε ροή για να κινήσει το φορτίο.

Οι αποθηκευτήρες έχουν ορισμένους περιορισμούς: εάν το φορτίο είναι πολύ μεγάλο, ενδέχεται να μην υπάρχει επαρκής πίεση για να το υπερνικήσει, οπότε δεν μπορεί να εκτελεστεί καμία εργασία. Επιπλέον, αφού το αποθηκευμένο υγρό απελευθερωθεί πλήρως, δεν υπάρχει πλέον ροή.

Για να εφαρμοστεί επαρκής πίεση για να υπερνικηθεί ένα φορτίο και να διατηρηθεί συνεχώς η ροή, απαιτείται μια διαφορετική συσκευή — η υδραυλική αντλία θετικής μετατόπισης.

Σχήμα 2-12: Λειτουργία αποθηκευτήρα. Η αποθηκευμένη πίεση μπορεί να ωθήσει ένα φορτίο, αλλά μόλις το υγρό εξαντληθεί, η ροή σταματά — ο αποθηκευτήρας δεν μπορεί να διατηρήσει μόνος του συνεχή εργασία.

Υδραυλική Αντλία Θετικής Μετατόπισης

Μια αντλία θετικής μετατόπισης παράγει συνεχή ροή υγρού μέσω επαναλαμβανόμενης εναλλασσόμενης ή περιστροφικής εσωτερικής κίνησης. Παρέχει τόσο κινητική ενέργεια (ροή) όσο και ενέργεια πίεσης — δηλαδή την εργασιακή ενέργεια που απαιτείται για την εκτέλεση συνεχούς υδραυλικής εργασίας.

Αντλία εμβόλου

Μια εναλλασσόμενη αντλία εμβόλου διαθέτει ένα έμβολο που συνδέεται με μια κινητήρια μονάδα (κινητήρα ή ηλεκτρικό κινητήρα) μέσω μιας μοχλοβραχίονα ή καμπύλης καμπύλης. Η είσοδος και η έξοδος διαθέτουν εκάστη μια σφαιρική αντεπιστροφική βαλβίδα. Όταν το έμβολο τραβιέται έξω, ο εσωτερικός όγκος διευρύνεται, η σφαιρική βαλβίδα εισόδου ανοίγει και το υγρό εισέρχεται. Όταν το έμβολο ωθείται προς τα μέσα, ο όγκος συρρικνώνεται, αυξάνεται η πίεση, η σφαιρική βαλβίδα εισόδου κλείνει και η σφαιρική βαλβίδα εξόδου ανοίγει — ώθηση του υγρού στο σύστημα. Η συνεχής εναλλασσόμενη κίνηση παράγει μια παλμική ροή· η πίεση μπορεί να είναι οποιαδήποτε απαιτείται από το σύστημα.

Σχήμα 2-13: Εναλλασσόμενη αντλία εμβόλου. Το έμβολο κινείται εναλλάξ προς τα μέσα και προς τα έξω, εισάγοντας λάδι μέσω της αντεπιστροφικής βαλβίδας εισόδου και εκτοξεύοντάς το μέσω της αντεπιστροφικής βαλβίδας εξόδου.

Περιστροφική αντλία θετικής μετατόπισης

Η πιο συνηθισμένη αντλία στα βιομηχανικά υδραυλικά συστήματα είναι η περιστροφική αντλία θετικής μετατόπισης. Παράγει μια σχετικά ομαλή, υπό πίεση ροή και είναι εύκολο να κινηθεί με ηλεκτρικό κινητήρα ή μηχανή. Κάθε περιστροφή του περιστρεφόμενου στοιχείου μετατοπίζει ένα σταθερό όγκο υγρού.

Κατασκευή περιστροφικής αντλίας

Μια περιστροφική αντλία αποτελείται από ένα περίβλημα και μια περιστρεφόμενη διάταξη. Το περίβλημα διαθέτει μια είσοδο και μια έξοδο. Η περιστρεφόμενη διάταξη δημιουργεί τη ροή και την πίεση. Στο παραδειγματικό σχήμα φαίνεται ένας δρομέας και πτερύγια που μπορούν να ολισθαίνουν ελεύθερα μέσα στις εγκοπές του δρομέα.

Πώς λειτουργεί μία περιστροφική αντλία

Η περιστρεφόμενη συναρμολόγηση είναι τοποθετημένη εκκεντρικά (εκτός κέντρου) μέσα στο περίβλημα και συνδέεται με την κινητήρια μηχανή μέσω του κινητήριου άξονα — ο δρομέας περιστρέφεται. Καθώς ο δρομέας περιστρέφεται, η φυγόκεντρος δύναμη ωθεί τις πτερύγες προς τα έξω, προς τον τοίχο του περιβλήματος, δημιουργώντας στεγανά θαλάμους. Στην πλευρά εισόδου, ο όγκος του θαλάμου αυξάνεται και το υγρό αναρροφάται. Στην πλευρά εξόδου, ο όγκος του θαλάμου μειώνεται, αυξάνεται η πίεση και το υγρό εκτοξεύεται έξω από το σύστημα. Η αντλία παράγει πίεση ίση μόνο με την ελάχιστη αντίσταση του συστήματος — τίποτα παραπάνω.

Σχήμα 2-15: Αντλία περιστρεφόμενων πτερύγων. Οι πτέρυγες, που στεγανοποιούν εναντίον του τοίχου του περιβλήματος, δημιουργούν θαλάμους οι οποίοι διευρύνονται (είσοδος) και συστέλλονται (έξοδος) καθώς ο δρομέας περιστρέφεται.

Αντίσταση και Πίεση

Σε ένα υδραυλικό σύστημα, η πίεση και η αντίσταση είναι άμεσα συνδεδεμένες. Η αντλία ωθεί υγρό στο σύστημα· το επίπεδο της πίεσης καθορίζεται από το επίπεδο της αντίστασης. Υψηλή αντίσταση → υψηλή πίεση· χαμηλή αντίσταση → χαμηλή πίεση. Η αντίσταση στη ροή του υγρού καθορίζει την ποσότητα της πίεσης που παράγεται.

Αντίσταση στην αντλία

Μια αντλία αντιμετωπίζει δύο τύπους αντίστασης: αντίσταση φορτίου και αντίσταση ροής. Εάν αγνοήσουμε την αντίσταση ροής, η μόνη αντίσταση είναι η αντίσταση φορτίου. Εάν απαιτούνται 200 psi (13,8 bar) για να υπερνικηθεί η αντίσταση φορτίου, η αντλία παράγει 200 psi και μεταφέρει υδραυλική ενεργειακή δύναμη στον ενεργοποιητή, ο οποίος στη συνέχεια μετακινεί το φορτίο.

Η αντίσταση ροής είναι πάντοτε παρούσα. Αναγκάζει την αντλία να απορροφήσει περισσότερη ενέργεια από την κινητήρια μονάδα και να παράγει υψηλότερη πίεση για να την υπερνικήσει.

Σχήμα 2-16: Αντίσταση και πίεση. Η πίεση της αντλίας αυξάνεται για να υπερνικήσει τη συνολική αντίσταση που αντιμετωπίζει — δηλαδή την αντίσταση φορτίου συν την αντίσταση ροής (τριβής).

Πρόσθετη μετατροπή ενέργειας

Η επιπλέον ενέργεια που η αντλία προσφέρει στο υγρό για να υπερνικήσει την αντίσταση της ροής δεν μετατρέπεται σε χρήσιμη υδραυλική ενέργεια εργασίας στον ενεργοποιητή — καταναλώνεται από την τριβή της ροής. Αυτή η «καταναλισκόμενη» ενέργεια δεν χάνεται από άποψης διατήρησης της ενέργειας· μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία αυξάνει τη θερμοκρασία του υγρού. Αυτή η θερμότητα αποτελεί την αναποτελεσματικότητα του συστήματος.

Ταχύτητα και Παροχή

Σε ένα δυναμικό (ρευστό) υδραυλικό σύστημα, το υγρό κινείται μέσω των σωλήνων με συγκεκριμένη ταχύτητα (ταχύτητα). Η ταχύτητα μετράται σε ft/s (πόδια ανά δευτερόλεπτο) ή m/s.

Ο όγκος του υγρού που περνά από ένα σημείο ανά μονάδα χρόνου ονομάζεται παροχή. Στα υδραυλικά συστήματα η μονάδα μέτρησης είναι συνήθως gpm (αμερικανικά γαλόνια ανά λεπτό) ή Lpm (λίτρα ανά λεπτό).

Η ταχύτητα και η παροχή συνδέονται: για να γεμίσει ένα δοχείο όγκου 5 γαλονιών (18,95 L) σε ένα λεπτό μέσω ενός μεγάλου σωλήνα, το υγρό κινείται με ταχύτητα 10 ft/s (3,04 m/s). Μέσω ενός σωλήνα μισού μεγέθους, το υγρό πρέπει να κινηθεί με ταχύτητα 20 ft/s (6,10 m/s) για να παραδώσει την ίδια παροχή 5 gpm. Η παροχή είναι η ίδια· η ταχύτητα είναι διαφορετική.

Σχήμα 2-17 Ίδια παροχή, διαφορετική ταχύτητα. Σε ένα μικρότερο σωλήνα, το υγρό πρέπει να κινηθεί ταχύτερα για να διέλθει ο ίδιος όγκος ανά λεπτό.

Η τριβή παράγει θερμότητα

Το υγρό που ρέει μέσω υδραυλικών σωλήνων παράγει θερμότητα λόγω τριβής — όσο πιο γρήγορα ρέει, τόσο περισσότερη θερμότητα παράγεται. Σε βιομηχανικές εφαρμογές, η συνιστώμενη ταχύτητα ροής του υγρού εντός των γραμμών μεταξύ αντλίας και ενεργοποιητή είναι 15 ft/s (4,572 m/s).

Οι κάμψεις παράγουν θερμότητα

Το υγρό που ρέει σε ευθύ σωλήνα και φτάνει σε μια κάμψη πρέπει να αλλάξει κατεύθυνση ξαφνικά. Τα μόρια του υγρού συγκρούονται μεταξύ τους και με τον τοίχο του σωλήνα — αυτό επίσης παράγει θερμότητα. Ανάλογα με το μέγεθος του σωλήνα, ένα μόνο αγκώνιο 90° μπορεί να παράγει τόση θερμότητα όση και αρκετά πόδια ευθύ σωλήνα.

Διαφορική πίεση

Η διαφορά πίεσης είναι η διαφορά πίεσης μεταξύ οποιωνδήποτε δύο σημείων ενός συστήματος. Μια διαφορά πίεσης σας δείχνει δύο πράγματα:

1. Δείχνει ότι υπάρχει υδραυλική ενεργειακή εργασία (υπό πίεση, ρέον υγρό) μεταξύ αυτών των δύο σημείων.
2. Μετράει πόση υδραυλική ενέργεια μετατράπηκε σε θερμότητα μεταξύ αυτών των δύο σημείων.

Παράδειγμα: Το μανόμετρο 1 δείχνει 200 psi (13,79 bar), ενώ το μανόμετρο 2 δείχνει 180 psi (12,41 bar). Η διαφορά είναι 20 psi (1,38 bar). Αυτό σημαίνει ότι:

3. Το υγρό ρέει από το μανόμετρο 1 προς το μανόμετρο 2.
4. υδραυλική ενέργεια αξίας 20 psi μετατράπηκε σε θερμότητα λόγω τριβής της ροής μεταξύ των δύο μανομέτρων.

Σχήμα 2-19: Διαφορά πίεσης. Η πτώση πίεσης κατά 20 psi σε αυτό το τμήμα του σωλήνα δείχνει ότι υπάρχει ροή και καθορίζει ποσοτικά την υδραυλική ενέργεια που χάθηκε ως θερμότητα τριβής.

Σχεδιασμός για τη μείωση της θερμότητας στα υδραυλικά συστήματα

Η μετατροπή της υδραυλικής ενέργειας σε θερμότητα σημαίνει ότι το σύστημα αποδίδει ενέργεια. Για να βελτιωθεί η απόδοση, οι σχεδιαστές πρέπει να επιλέξουν την κατάλληλη ιξώδες λαδιού, να διαστασιολογήσουν σωστά τους σωλήνες και να ελαχιστοποιήσουν τον αριθμό των καμπυλώσεων και των συνδέσμων. Όλα αυτά μειώνουν την αντίσταση στη ροή και, συνεπώς, μειώνουν την ενέργεια που χάνεται ως θερμότητα.

Σχήμα 2-20: Δημιουργία θερμότητας σε ένα πραγματικό κύκλωμα. Κάθε σωλήνας, σύνδεσμος, κάμψη και βαλβίδα συνεισφέρει στην πτώση πίεσης και στην απώλεια ενέργειας.