Introducción a la Fuerza Hidráulica

A lo largo de la historia, la energía de los líquidos, y en concreto la energía del agua en movimiento, se ha utilizado para multitud de aplicaciones, como norias o prensas hidráulicas, capaces de sustituir la fuerza humana o animal por la fuerza del agua.

Hoy en día, la hidráulica se emplea en multitud de aplicaciones, entre ellas la automatización de bienes de equipo y maquinaria industrial, por lo que resulta fundamental tener un buen conocimiento de los principios que rigen el comportamiento de los líquidos, reconocer y comprender el funcionamiento de los elementos más empleados en los sistemas hidráulicos, su representación gráfica simplificada, así como las averías más frecuentes.

¿Qué es la Presión Hidráulica?

Se basa en el principio de Pascal, establecido por el matemático francés Blaise Pascal en 1647-1648.

El Principio de Pascal es un principio de la mecánica de fluidos que establece que la presión en un punto tiene una dirección infinita, y por lo tanto la presión cambiada en cualquier punto en un líquido incompresible presurizado se transmite a través del fluido, de tal forma que el mismo cambio ocurre en todas partes.

Generalidades

Los actuadores hidráulicos, que son los más usuales y de mayor antigüedad en las instalaciones hidráulicas, pueden ser clasificados de acuerdo con la forma de operación, y aprovechan la energía de un circuito o instalación hidráulica de forma mecánica, generando movimientos lineales.

Los cilindros hidráulicos pueden ser de simple efecto, de doble efecto y telescópicos. En el primer tipo, el fluido hidráulico empuja en un sentido el pistón del cilindro y una fuerza externa (resorte o gravedad) lo retrae en sentido contrario.

¿Qué es un Sistema Hidráulico?

Un sistema hidráulico utiliza un fluido bajo presión para accionar maquinaria o mover componentes mecánicos.

Características Específicas de los Fluidos Hidráulicos

1. Adecuada Viscosidad

   La viscosidad es una de las características más importantes de los líquidos hidráulicos. Es una medida de la resistencia de un líquido a la circulación a lo largo de una tubería. Un líquido, como por ejemplo el agua, fluye fácilmente porque tiene una viscosidad baja; y un líquido, como es el caso del alquitrán, que fluye lentamente es porque tiene una gran viscosidad. Un líquido satisfactorio para un sistema hidráulico debe tener la viscosidad adecuada para que fluya correctamente por las tuberías y a la vez no produzca fugas internas en las bombas, motores y válvulas. La viscosidad es un parámetro que varía con la temperatura, así cuando un líquido alcanza una temperatura mayor su viscosidad disminuye. En la selección de fluidos hidráulicos resulta deseable una baja variación de la viscosidad con la temperatura.

2. Estabilidad Química

   Se define como la capacidad del líquido de resistir la oxidación y el deterioro durante el paso del tiempo. Los líquidos hidráulicos experimentan cambios desfavorables cuando se les solicita a condiciones de trabajo severas, como por ejemplo altas temperaturas, que reducen la vida útil del líquido. Algunos fluidos hidráulicos pueden reaccionar en contacto con el aire, el agua, la sal u otros elementos metálicos, que originan residuos y contaminación de dichos fluidos. Esta contaminación tiene como consecuencia problemas de obstrucciones en tuberías o daño en los diferentes elementos del sistema hidráulico. Con el objetivo de mejorar la estabilidad química del fluido, se puede recurrir en ciertas ocasiones a la adición de inhibidores de oxidación, siempre y cuando sean compatibles con otras características requeridas del líquido.

3. Elevado Punto de Inflamación

   Es la temperatura a partir de la cual un líquido inflamable desprende vapores que en presencia del aire y una fuente de calor producen una combustión instantánea. Un alto punto de inflamación es deseable para los líquidos hidráulicos porque así se proporciona una buena resistencia a la combustión y un grado bajo de evaporación a temperaturas normales.

4. Buen Poder Lubricante

   Debido a que en los sistemas hidráulicos van a existir superficies en contacto, aparecerán fuerzas de fricción que se opongan al movimiento. Para que esas fuerzas sean las menores posibles y se consiga reducir al máximo la generación de calor y el poder lubricante es una propiedad que varía con los cambios de temperatura, por tanto, es necesario tener presente la temperatura de trabajo del sistema para poder realizar una correcta selección del fluido hidráulico y el desgaste de las piezas, se hace necesario una adecuada lubricación por parte del fluido de trabajo.

5. Adecuada Compresibilidad

   Por lo general, el cambio de volumen en los líquidos por aplicación de presión resulta bastante insignificante. No obstante, bajo una presión extrema los fluidos altamente compresibles producen una operación lenta del sistema. Esto no tiene por qué representar un serio problema en operaciones de baja velocidad, pero debe ser tenido en cuenta en el funcionamiento del sistema.

6. Baja Tendencia a Producir Espuma

   La espuma es una emulsión de burbujas de gas en un líquido. Los líquidos hidráulicos bajo alta presión pueden contener un gran volumen de burbujas de aire que cuando baja la presión, normalmente al volver el líquido al depósito, afloran en forma de espuma.

7. Mínima Toxicidad

   Es una medida usada para determinar el grado tóxico o venenoso de algunos elementos. Los productos tóxicos pueden afectar al organismo humano por inhalación, por absorción a través de la piel, los ojos o la boca. El resultado depende del grado de toxicidad y del tipo de exposición, pero puede desembocar en una enfermedad y en algunos casos extremos en la muerte. No obstante, la mayoría de los líquidos hidráulicos que se encuentran en el mercado están libres de estos productos químicos que entrañan riesgos serios para la salud.

8. Grado de Acidez Adecuado

   Un líquido hidráulico ideal debe estar libre de los ácidos que causan la corrosión de los metales en el sistema. Con el paso del tiempo, el grado de acidez del líquido pueden variar por lo que se recomienda siempre usar el fluido durante el periodo de tiempo especificado por el fabricante para evitar daños en el sistema.

Acumuladores

Los fluidos usados en los sistemas hidráulicos son líquidos y, por tanto, no pueden ser comprimidos como en el caso de los gases para su almacenamiento. En hidráulica se recurre a los acumuladores para almacenar una cantidad de fluido incompresible y conservarlo a una cierta presión mediante una fuerza externa.

1. Acumular energía.
2. Amortiguar las vibraciones.
3. Servir de fuerza auxiliar en caso de problemas con la bomba.
4. Compensar posibles fugas.

Filtros

El líquido hidráulico introducido en el sistema ha de estar libre de contaminación, fundamentalmente libre de partículas de polvo, fibras u otros contaminantes como por ejemplo restos de óxidos, para evitar daños y obstrucciones en los elementos del circuito.

Para conseguir tal fin se disponen en el sistema filtros capaces de retener las partículas disueltas, con lo que se consigue además de evitar paradas repentinas por fallos en algún componente a la larga aumentar la vida útil de los elementos. Además de filtrar el aceite hidráulico no se debe pasar por alto el cambio periódico del mismo, siguiendo en todo momento las indicaciones del fabricante.

Tanques

En los circuitos hidráulicos se debe dotar al sistema de un tanque donde se almacene el líquido hidráulico que va a abastecer la bomba que da presión a todo el conjunto. Este tipo de equipos no era necesario en neumática, donde el aire, para su posterior compresión y tratamiento, se obtiene directamente del ambiente donde se ubica el compresor.

El tanque hidráulico, además de funcionar como contenedor de reserva de fluido, también ayuda a enfriarlo, permite el asentamiento de posibles contaminantes y propicia el escape del aire retenido en el líquido hidráulico. Para conseguir estos fines, entre la línea de retorno y la tubería de succión del tanque se suele colocar una placa deflectora, para que la succión no sea inmediatamente posterior al retorno, sino que pase un breve periodo de tiempo y de esta forma el líquido pueda reposar y alcanzar los objetivos buscados.

Actuadores

Los actuadores hidráulicos son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos a presión. Por lo general, se emplean para alcanzar fuerzas y potencias importantes. Se diferencian de los actuadores neumáticos en que estos últimos usan gas comprimido en lugar de un líquido y la fuerza de aplicación que se puede conseguir es bastante menor.

Se pueden clasificar en dos grandes grupos:

• Actuadores lineales o cilindros hidráulicos
• Actuadores rotativos o motores hidráulicos

Cilindros

Su función es transformar la energía procedente del líquido a presión en un movimiento lineal. Se clasifican fundamentalmente en cilindros de simple y doble efecto.

Válvulas

Las válvulas se pueden definir como los elementos que mandan o regulan la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por el compresor o almacenado en un depósito.

Las principales funciones de las válvulas son: distribución del fluido, regulación del caudal y regulación de la presión.

Funciones de las Válvulas

1. Distribución del fluido
2. Regulación del caudal
3. Regulación de la presión