Fundamentos y Componentes Clave de los Sistemas Hidráulicos

Hidráulica Aplicada: Principios y Componentes Esenciales

1. Introducción a la Hidráulica

La rama de la mecánica aplicada que estudia el comportamiento de los fluidos, ya sean líquidos o gases, en reposo o en movimiento, constituye la mecánica de fluidos o la hidráulica. Un sistema hidráulico consiste en el uso de líquidos bajo presión controlada para realizar trabajos.

2. Tipos de Accionamientos Hidráulicos

Los sistemas hidráulicos se clasifican principalmente en dos tipos de accionamientos:

• Hidrostáticos: La presión generada por una bomba de desplazamiento se transforma en movimiento lineal o rotativo gracias a un motor hidráulico. Estos sistemas presentan caudal bajo a presión elevada.
• Hidrodinámicos: La aceleración del líquido es provocada por una bomba centrífuga que, gracias a la turbina, convierte la energía hidráulica en energía mecánica. Estos sistemas presentan alto caudal con baja presión.

3. Funcionamiento de la Energía Hidráulica

El funcionamiento de la energía hidráulica se basa en el Principio de Pascal: «Si se ejerce una presión sobre un líquido encerrado en un recipiente, por medio de un pistón, dicha presión se transmite por igual y en todas direcciones sobre las paredes del recipiente, con independencia de la forma que tenga».

Un sistema hidráulico utiliza una bomba hidráulica como generador de potencia y un conjunto de cilindros hidráulicos para aplicar la fuerza o realizar el trabajo.

Los parámetros fundamentales de un sistema hidráulico son el caudal del fluido (l/min) y la presión del sistema (kg/cm²). El producto de ambos determina la potencia. Es importante destacar que a mayor presión, se requiere menor caudal y se pueden utilizar componentes más pequeños.

Dado que la presión del líquido es igual en todos sus puntos, esto implica que a mayor fuerza, mayor debe ser la superficie de aplicación.

Cualquier sistema hidráulico lleva asociados una serie de diagramas que indican cómo ha sido diseñado y cómo opera.

4. Transmisiones Hidrostáticas

Las transmisiones hidrostáticas se componen de:

• Una bomba de pistones axiales.
• Un conjunto de control.
• Un motor con pistones axiales o radiales.
• Válvulas de protección en sistema cerrado.

4.1. Características de las Transmisiones Hidrostáticas

Entre las características principales de las transmisiones hidrostáticas se incluyen:

• Simplicidad.
• Facilidad de cambio de marchas.
• Facilidad de ubicación.
• Sencillo funcionamiento.
• Mayor maniobrabilidad.

5. Circuito Hidráulico

El circuito hidráulico puede ser de dos tipos principales:

• Abierto: El fluido, una vez transmitida su energía desde la bomba hasta el motor, retorna al depósito de aceite.
• Cerrado: El fluido retorna directamente desde el motor a la bomba.

En un manómetro de un circuito hidráulico se pueden leer los siguientes tipos de presión:

• Presión Neutra: Originada por el rozamiento en las conducciones.
• Presión de Trabajo: Originada por la carga que mueven los cilindros.
• Presión de Alivio o Rebosamiento: Se activa cuando la carga externa supera la capacidad del circuito.

6. Componentes Hidráulicos Fundamentales

Los sistemas hidráulicos se componen de varios elementos clave:

• Bombas hidráulicas.
• Sistemas de trabajo (motores y cilindros).
• Sistemas de control (válvulas).
• Fluidos hidráulicos.

6.1. Bombas Hidráulicas

Las bombas hidráulicas son el corazón del sistema; accionadas por un motor de combustión interna, convierten la energía mecánica en caudal de fluido. Se caracterizan por su presión máxima de trabajo y su rendimiento en litros por minuto.

Existen varios tipos de bombas hidráulicas:

• De Engranajes: El líquido circula entre la carcasa y los engranajes.
• De Anillo o Corona Dentada: La diferencia de velocidades de rotación de dos coronas crea un espacio que, al aumentar y disminuir, genera la acción de bombeo.
• De Tornillo: Un tornillo matriz arrastra a dos tornillos conducidos. El líquido circula entre estos y la carcasa.
• De Paletas: Un rotor excéntrico con una serie de paletas alojadas en sus ranuras sirve para desplazar el líquido.
• De Pistones: Pueden ser axiales alineados, axiales inclinados o radiales. Se utilizan comúnmente para presiones elevadas.

6.2. Sistemas de Trabajo

Los motores, estrechamente relacionados con las bombas, tienen la misión de transferir la energía a la carga. Existen diferentes tipos:

• De Rotación Ilimitada: Son similares a sus bombas equivalentes.
• De Rotación Limitada: No giran más de una revolución.
• De Movimiento Lineal: Son los cilindros hidráulicos.

6.3. Sistemas de Control

Existen principalmente dos tipos de sistemas de control en hidráulica:

Control Mediante Válvulas

Las válvulas hidráulicas son fundamentales para el control en un sistema hidráulico y se clasifican en:

• Distribuidoras: Controlan el sentido del flujo del aceite.
• Reguladoras de Presión: Se utilizan para limitar la presión dentro del sistema, para descargar la bomba o para fijar la presión de entrada en un determinado circuito.
• Reguladoras de Caudal: Varían el volumen de aceite por minuto.