Fundamentos de la Hidráulica: Conceptos Clave, Fluidos y Presiones de Trabajo

Conceptos Fundamentales de la Hidráulica

Objetivos de los Sistemas Hidráulicos

• Transmitir potencia de manera eficiente.
• Disipar el calor generado en el sistema.
• Lubricar los componentes móviles.
• Sellar los espacios para mantener la integridad del sistema.

Ley de Pascal

La presión ejercida en un fluido incompresible y contenido en un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad por todos los puntos del fluido.

Diferencias Clave con la Neumática

• Posee una línea de retorno.
• Trabaja a mayores presiones.
• Ofrece una mayor precisión en el control.
• Presenta consumo de energía incluso en parado.
• Requiere mayor mantenimiento.
• Sufre pérdidas de carga significativas.
• Es susceptible a fugas.

Propiedades Fundamentales de los Fluidos Hidráulicos

Viscosidad

La viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir.

Índice de Viscosidad

El índice de viscosidad mide cómo se comporta un fluido frente a la variación de temperatura. Los fluidos más estables son los que tienen un índice alto.

Presión Hidrostática

La presión hidrostática es la presión de un líquido por efecto de su masa y altura, o la presión que ejerce un líquido sobre cualquier objeto sumergido en él.

• Depende de la gravedad, la densidad y el volumen del fluido.
• Se mide en unidades de presión (bar, Pa).
• Incluye la presión atmosférica.
• Se mide con manómetros.

Caudal Volumétrico

El caudal volumétrico es la cantidad de fluido que circula por una sección transversal de un conducto.

Fórmulas: Q = V * A o Q = V / t

Tipos de Flujo

• Flujo Laminar: El fluido se mueve en capas más o menos ordenadas.
• Flujo Turbulento: El fluido se mueve de forma caótica e irregular.

Pérdidas de Presión en Sistemas Hidráulicos

Las pérdidas de presión influyen en:

• La velocidad de desplazamiento.
• El tipo de caudal.
• La viscosidad del fluido.
• La superficie de las canalizaciones.
• La longitud y los cambios de dirección de los conductos.
• Los estrechamientos en el sistema.

Principio de Continuidad

El principio de continuidad establece que el caudal de entrada es igual al caudal de salida.

Fórmulas: Q1 = Q2 y A1 * V1 = A2 * V2

Transmisión Hidráulica: Aplicación del Principio de Pascal

Si en dos émbolos se ejerce una presión sobre uno de ellos, la fuerza se transmite al otro.

Fórmulas clave:

• F1 = P1 * A1
• F1 = F2
• P1 * A1 = P2 * A2

La presión será inversamente proporcional al área: P1 / A2 = P2 / A1.

Parámetros Clave de los Fluidos Hidráulicos

• Viscosidad
• Índice de viscosidad
• Punto de inflamación
• Resistencia a la inflamación
• Compatibilidad con sellos

Tipos de Aceite Hidráulico

Aceites Minerales

• Son los más usados en la industria, derivados del petróleo.
• Son económicos.
• Ideales para maquinaria con temperaturas y presiones normales.
• Necesitan cambios más frecuentes.
• Se degradan más rápido.

Aceites Sintéticos

• Obtenidos en laboratorios.
• Ofrecen mejores características gracias a los aditivos.

Presión de Trabajo en Componentes Hidráulicos

• Cilindros Hidráulicos: Presiones de trabajo alrededor de 100 bar, llegando a 160 bar o más. La fuerza supera a la de los sistemas neumáticos.
• Bombas: Presión máxima generalmente de 250 bar. Las bombas de engranajes suelen trabajar a 210 bar.
• Herramientas Hidráulicas: Comúnmente operan a 700 bar.

Bombas Hidráulicas de Alta Presión

Se considera alta presión a partir de 450 bar.

• La presión máxima aceptada es de 700 bar, pudiendo ocasionalmente alcanzar picos de 1000 bar.
• Para estas presiones, es imprescindible utilizar componentes diseñados específicamente para alta presión.
• Existen bombas hidroneumáticas que alcanzan los 7000 bar, accionadas por aire, utilizadas en procesos como el prensado hidrostático (compactación y eliminación de porosidades).

Influencia de la Temperatura en la Viscosidad del Aceite

Si la temperatura del aceite aumenta, su viscosidad disminuye.

Efectos de la Alta Viscosidad

• Ventajas:
  • Mejor lubricación y protección en altas temperaturas.
  • Previene la ruptura de la película lubricante entre superficies.
  • Reduce el desgaste de los componentes.
• Desventajas:
  • Mayor consumo de energía.
  • Menor eficiencia mecánica.
  • Generación excesiva de calor.
  • Riesgo de cavitación.
  • Baja liberación del aire atrapado.
  • Problemas con el arranque en frío.

Efectos de la Baja Viscosidad

• Ventajas:
  • Disipación de energía reducida.
• Desventajas:
  • Desgaste excesivo por contacto metal-metal.
  • Fugas internas incrementadas.
  • Eficiencia volumétrica reducida.