Fundamentos de Hidráulica Industrial: Conceptos Clave y Aplicaciones

Hidráulica: Conceptos Fundamentales

La hidráulica es el conjunto de aplicaciones técnicas que utiliza un líquido para transmitir fuerzas y movimientos.

Ventajas de los Sistemas Hidráulicos

• Capacidad de transmitir grandes fuerzas en espacios reducidos.
• Fácil regulación de fuerzas y velocidades.
• Control a distancia de elementos de mando (por ejemplo, mediante electroválvulas).
• Fiabilidad y larga duración de los elementos gracias a su autolubricación.
• Protección contra sobrecargas con limitadores de presión.

Inconvenientes de los Sistemas Hidráulicos

• Altas presiones del fluido que, en caso de avería y rotura de conducciones, pueden causar accidentes graves a las personas.
• Sistemas más lentos y sucios que la neumática.
• Elementos más costosos.
• Posibles problemas con el golpe de ariete (que se evita colocando acumuladores de presión y válvulas de asiento) y la cavitación.

Elementos Principales de un Sistema Hidráulico

• Grupo bomba o toma de fuerza.
• Red de distribución: tuberías principales y secundarias (para pilotaje y drenaje).
• Válvulas o elementos de control.
• Elementos receptores o de trabajo (actuadores).

La Cavitación en Sistemas Hidráulicos

La cavitación es la formación de burbujas de vapor o gas dentro del fluido hidráulico.

Causas de la Cavitación:

• Aspiración de aire o un mal cálculo de las tuberías o diseño de la instalación.
• Excesiva velocidad del aceite.
• Aceite demasiado viscoso.

Efectos de la Cavitación:

• Ruidos en la instalación.
• Mal funcionamiento de válvulas y motores.
• Desgastes prematuros por erosión y fatiga mecánica.

Propiedades Fundamentales de los Fluidos Hidráulicos

Densidad

La densidad es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Se expresa con la fórmula: d = m/V (unidades comunes: kg/litro).

Viscosidad

La viscosidad es una propiedad de los fluidos que se define como la resistencia que ofrecen las moléculas que configuran el fluido al deslizarse unas sobre otras. A mayor viscosidad, mayor resistencia opone el fluido a fluir (ejemplo: agua vs. aceite).

Viscosidad Dinámica o Absoluta

Es la fuerza que se aplica a dos capas de un fluido para desplazar una respecto a la otra.

Viscosidad Cinemática

Representa la facilidad que tiene un líquido para fluir por un tubo capilar. A mayor temperatura, menor viscosidad.

Presión

La presión es la relación o cociente entre la fuerza y la superficie sobre la que actúa la misma. Se calcula con la fórmula: p = F/S.

Presión Atmosférica

El aire que rodea la Tierra ejerce una presión sobre su superficie y el mar debido a su peso. Esta presión varía con la altitud. Valores de referencia: 760 mm Hg = 101323 Pa = 1 atmósfera = 1,013 bar = 1 kg/cm².

Presión Hidrostática

La presión hidrostática siempre será la misma a una determinada altura si las secciones son iguales. Si la presión aumenta, lo hace con la misma intensidad en todos los puntos del fluido.

Caudal

El caudal es la cantidad de líquido que pasa por una sección en un determinado tiempo.

Trabajo y Potencia

El trabajo es la fuerza que se ejerce a lo largo de una distancia, y la potencia es el trabajo realizado en un determinado tiempo.

• Trabajo (W): W = F x L (donde 1 Julio (J) = 1 Newton (N) x 1 metro (m)).
• Potencia (P): P = W/t = (F x L)/t (unidades: J/s = Vatio (W)).
• Equivalencias: 1 CV = 735 W; 1 HP = 746 W.

Leyes Fundamentales de la Hidráulica y Neumática

Ley de Boyle-Mariotte

Establece que, a temperatura constante, el producto de la presión y el volumen de una masa de gas es constante. El aire no tiene forma propia y adopta la del recipiente que lo contiene.

Principio de Continuidad

En un tubo cerrado, el caudal de fluido que circula por él es el mismo en cualquier punto o tramo del recorrido, aunque los diámetros sean distintos.

Principio de Pascal

La presión ejercida en un punto de un fluido incompresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con la misma intensidad en todos los puntos y en todas las direcciones.