Fluidos hidráulicos, bombas de desplazamiento positivo y válvulas proporcionales y servoválvulas

Tipos de Fluidos Hidráulicos y sus Propiedades

La elección del fluido es crucial para el rendimiento y la longevidad de un sistema hidráulico. A continuación, se describen las características de los tipos más comunes:

• Aceite mineral: Buenas propiedades antidesgaste, lubricantes, antioxidantes y anticorrosivas. Moderada resistencia al fuego. Baja presión de vapor.
• Agua-Glicol: Buena resistencia al fuego y transferencia de calor. Incompatible con zinc y cadmio. Propiedades anticorrosivas regulares.
• Éster de fosfato: Buenas propiedades generales y de lubricación. Incompatible con ciertas juntas y pinturas. Coste elevado. Baja presión de vapor.
• Aceites sintéticos: Buenas propiedades en general, aunque pueden ser incompatibles con ciertas juntas y pinturas. Baja presión de vapor.
• Emulsión inversa (agua en aceite): Excelente transferencia de calor. Alta presión de vapor. Propiedades anticorrosivas y antioxidantes regulares.
• Agua aditivada: Excelente transferencia de calor y resistencia al fuego. Alta presión de vapor. Capacidad de lubricación limitada.

Factores Clave en la Selección de Fluidos Hidráulicos

Propiedades y Condiciones de Operación

Para seleccionar el fluido adecuado, es fundamental considerar los siguientes factores:

• Temperatura de trabajo: Se debe tener en cuenta tanto la máxima de operación como la mínima de arranque.
• Riesgo ambiental: Evaluar el posible impacto de una contaminación ambiental por fugas.
• Entorno de trabajo: Considerar si la operación se realizará en ambientes corrosivos o con riesgo de incendio.
• Compatibilidad de materiales: Asegurar la compatibilidad con los materiales de las juntas y sellos del sistema.
• Toxicidad: Valorar el nivel de toxicidad del fluido para la seguridad del personal.

Funciones Principales del Fluido Hidráulico

El fluido en un sistema hidráulico no solo transmite energía, sino que cumple varias funciones vitales:

• Transmitir potencia: Es su función principal, transfiriendo la energía desde la bomba hasta los actuadores.
• Lubricar el sistema: Reduce la fricción y el desgaste entre los componentes móviles.
• Refrigerar: Disipa el calor generado por la fricción y las pérdidas de carga.
• Sellar: Minimiza las fugas internas entre las piezas, manteniendo la eficiencia del sistema.

Comparativa de Bombas: Desplazamiento Positivo vs. Centrífugas

Bomba Centrífuga

En una bomba centrífuga, el flujo entra a la bomba por el centro del rodete. Gana energía gracias a las paletas (o álabes) que lo impulsan hacia afuera en dirección radial. El fluido cede esta energía en forma de presión. A la inversa, si el fluido ejerce una fuerza o par sobre el elemento rotativo (modo turbina), la potencia de entrada se convierte en energía cinética y de presión.

Bomba de Desplazamiento Positivo (BDP)

Una bomba de desplazamiento positivo (BDP) crea succión y descarga al desplazar un fluido con un elemento móvil. El espacio ocupado por el fluido se llena y se vacía alternativamente, forzando y extrayendo el líquido mediante un movimiento mecánico. El caudal impulsado es prácticamente constante por cada ciclo, y la presión de salida depende de las resistencias de la instalación. Consumen energía mecánica o eléctrica y la transmiten como energía de presión al fluido. Impulsan un volumen fijo determinado por su cilindrada.

Clasificación y Características de las Bombas de Desplazamiento Positivo

Tipos de BDP

• BDP Alternativas: como las de pistones.
• BDP Rotativas: como las de engranajes, paletas o pistones (axiales/radiales).

Curvas Características de Rendimiento

El orden típico de las curvas de rendimiento en una gráfica, de arriba hacia abajo, suele ser:

1. Rendimiento volumétrico
2. Rendimiento total
3. Caudal real de salida
4. Potencia de entrada a desplazamiento máximo
5. Potencia de entrada a desplazamiento cero

En cuanto a los ejes de la gráfica, el orden habitual de izquierda a derecha es: Caudal, Presión de salida y Potencia.

Válvulas de Control en Sistemas Hidráulicos

Válvulas Proporcionales

Las válvulas distribuidoras convencionales pueden ser accionadas de forma manual o automática. El accionamiento automático puede ser pilotado por la presión del fluido (directa o indirectamente) o eléctricamente. Cuando el accionamiento es eléctrico mediante solenoides proporcionales, estas válvulas se utilizan para regular el caudal o la presión de forma proporcional a la señal eléctrica que reciben.

Características Principales:

• Proporcionan una buena precisión a un bajo coste.
• El cuerpo de la válvula tiene las mismas tolerancias de fabricación que las válvulas convencionales todo/nada.
• El grado de filtraje requerido es bajo en comparación con las servoválvulas.

Aplicaciones:

Según el caudal o la presión a controlar, pueden ser de accionamiento directo o indirecto. Se utilizan principalmente en la regulación y control de presión (P) y caudal (Q), y en el accionamiento de otras válvulas direccionales.

Servoválvulas

Una servoválvula es un tipo de válvula direccional que ajusta su posición en función de una señal de control y una señal de realimentación, permitiendo un control en bucle cerrado.

Características y Diferencias Clave:

• A diferencia de las válvulas proporcionales, las servoválvulas cumplen funciones de regulación de caudal (Q) o presión (P) con gran precisión y sensibilidad.
• Son activadas por un motor eléctrico de alto rendimiento (como un motor de par o un motor lineal).
• El desplazamiento de la corredera se realiza con una precisión muy alta para regular el caudal o la presión de línea.
• La posición de la corredera es corregida constantemente mediante un sensor de medida (realimentación) que monitoriza la variable de salida (presión, caudal, posición del actuador).
• La regulación de caudal en este tipo de válvulas es muy lineal con respecto a la señal de control.
• El filtrado requerido es muy elevado, ya que las tolerancias de fabricación entre la camisa y la corredera son extremadamente ajustadas para minimizar las fugas internas y asegurar una alta respuesta.