Fundamentos y Aplicaciones de la Hidráulica Industrial y Móvil
Introducción a la Hidráulica
La hidráulica es una rama de la ingeniería que utiliza fluidos como medio de transmisión de energía para mover y controlar mecanismos.
Ventajas de los Sistemas Hidráulicos
- Carga máxima desde el arranque.
- Graduación automática de fuerzas.
- Graduación simple de velocidad, momento o fuerza.
- Acumulación sencilla de energía (mediante el uso de un gas).
- Movimientos rápidos controlados y movimientos lentos de precisión.
- Protección integral contra sobrecargas.
- Capacidad para generar grandes fuerzas.
Desventajas de los Sistemas Hidráulicos
- Variación de la viscosidad debido a cambios de temperatura (ΔT / Δv).
- Irregularidades en los movimientos causadas por la compresibilidad del fluido.
- Pérdida de carga a lo largo del sistema.
- Peligro potencial debido a las altas presiones de trabajo.
- Riesgo de escapes y fugas que provocan contaminación.
Sectores de Aplicación
- Hidráulica industrial (fija): Utilizada en máquinas de inyección y prensas.
- Hidráulica móvil: Aplicada en maquinaria como grúas y excavadoras.
Leyes de Flujo y Dinámica de Fluidos
El comportamiento del fluido se rige por la ley de flujo, donde el caudal (Q) se define mediante las siguientes fórmulas:
- Q = V / t (Volumen sobre tiempo)
- Q = A · v (Área por velocidad)
Pérdidas de Presión
Las pérdidas de presión en un sistema son generadas por diversos factores en sus componentes:
- Bomba: Fugas por juego y pérdidas por rozamiento que generan calor.
- Tubería: Caída de la presión por fricción.
- Válvula: Generación de remolinos.
- Cilindro: Fugas internas y rozamiento mecánico.
El Fenómeno de la Cavitación
La cavitación consiste en la formación de burbujas de gas en el seno de un fluido. Sus causas principales incluyen:
- Creación de vacío debido a la geometría del sistema.
- Conducción de aspirado excesivamente larga, estrecha u obstruida.
- Alta velocidad de giro en la bomba.
- Filtro de aspiración estrecho o colmatado.
Las consecuencias directas son el incremento del nivel de ruido y la erosión de las partes metálicas de los componentes.
Fluidos Hidráulicos
Funciones del Fluido
El fluido hidráulico cumple cuatro funciones críticas:
- Estanqueidad.
- Enfriamiento.
- Lubricación.
- Transmisión de potencia.
Exigencias y Propiedades del Fluido
Para un funcionamiento óptimo, el fluido debe cumplir con:
- Viscosidad adecuada y protección anticorrosiva.
- Capacidad de lubricación y reducida formación de espuma.
- Poca absorción de aire y buena liberación del mismo.
- Elevado punto de ebullición y baja presión de vapor.
- Buen conductor de calor pero mal conductor eléctrico.
- Baja inflamabilidad, no toxicidad y respeto al medio ambiente.
- Compatibilidad con otros fluidos, costes razonables y disponibilidad.
Existen diversos tipos de aceites, principalmente minerales, aunque presentan el riesgo de ser inflamables.
Componentes del Sistema: Depósitos y Bombas
Depósitos
Las funciones principales del depósito son:
- Evacuar el calor acumulado.
- Servir como reserva de fluido.
- Permitir la sedimentación de contaminantes.
- Separar el aire mezclado con el fluido.
Bombas Hidráulicas
La función de la bomba es convertir la energía mecánica aportada por el motor en energía hidráulica. Es fundamental entender que, en un sistema hidráulico, la presión no la impone la bomba, sino la oposición de la carga. Por seguridad, se debe instalar siempre una válvula limitadora de presión para asegurar que la bomba nunca trabaje por encima de su límite operativo.
Clasificación según la Cilindrada
Se dispone de dos tipos de bombas en función de su cilindrada:
- Cilindrada constante:
- Engranajes: Externos, de tornillo o internos.
- Paletas: Radiales (lineales o en estrella).
- Pistones: Axiales (de eje inclinado o plato inclinado).
- Cilindrada variable:
- Paletas.
- Pistones: De plato oscilante o tambor oscilante.
En resumen, el sistema puede contar con bombas de funcionamiento constante y cilindrada constante, o bien de cilindrada variable según los requerimientos del diseño.