Fundamentos de Hidráulica: Presión, Caudal y Propiedades del Fluido
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Cálculos Fundamentales en Hidráulica
1. Peso de una Columna de Aceite
¿Cuánto pesa una columna de aceite de 15 metros de altura y 1 centímetro cuadrado de sección? (Tomamos como peso específico del aceite 0,88 Kp/dm3)
2. Presión en el Fondo de una Columna de Aceite
¿Qué presión hay en el fondo de una columna de aceite de 15 metros de altura? (Tomamos como peso específico del aceite 0,88 Kp/dm3)
Conceptos Clave en Sistemas Hidráulicos
1. Generación de Presión en un Sistema Hidráulico
La presión se origina cuando el caudal encuentra resistencia a su avance. Esta resistencia puede deberse a la carga del actuador o a una restricción (u orificio) en las tuberías.
2. Regulación del Caudal en un Sistema Hidráulico
Para regular el caudal en un sistema hidráulico, se requiere un regulador de caudal y una limitadora de presión.
El regulador de caudal provoca una caída de presión que hace que la limitadora se abra parcialmente, derivando parte del caudal a través de ella. De esta manera, se reduce el caudal que circula por el regulador de caudal, permitiendo un control preciso.
3. Objetivos del Fluido en un Sistema Óleo-Hidráulico Industrial
El fluido hidráulico desempeña múltiples funciones esenciales en un sistema industrial:
Transmisión de Potencia
Como medio transmisor de potencia, el fluido debe circular fácilmente por las líneas y orificios de los elementos. Una resistencia excesiva al flujo genera pérdidas de potencia considerables. Además, el fluido debe ser lo más incompresible posible para asegurar una acción instantánea al activar una bomba o una válvula.
Lubricación
En la mayoría de los componentes hidráulicos, el propio fluido proporciona la lubricación interna. Los elementos de las bombas y otras piezas sujetas a desgaste se deslizan sobre una película de fluido. Para prolongar la vida útil de los componentes, el aceite debe contener los aditivos necesarios que garanticen buenas características antidesgaste. Es importante destacar que no todos los aceites hidráulicos incluyen estos aditivos.
Estanqueidad
En muchos casos, el fluido es el único elemento de sellado contra la presión dentro de un componente hidráulico. El ajuste mecánico y la viscosidad del aceite son factores determinantes en el porcentaje de fugas.
Enfriamiento
La circulación del aceite a través de las líneas y alrededor de las paredes del depósito contribuye a disipar parte del calor generado en el sistema, manteniendo una temperatura operativa adecuada.
4. El Fenómeno de la Cavitación y su Prevención
Si fuera posible crear un vacío completo a la entrada de la bomba, se dispondría de 1,013 bar para impulsar el aceite. Sin embargo, en la práctica, la diferencia de presión disponible es mucho menor. Uno de los motivos es que los líquidos se evaporan en un vacío, introduciendo burbujas de gas en el aceite.
Estas burbujas son arrastradas a través de la bomba y, al ser expuestas a la alta presión en la salida, colapsan con una fuerza considerable. Este fenómeno se conoce como cavitación y puede causar daños significativos que perjudican el funcionamiento de la bomba y reducen drásticamente su vida útil.
Para evitar la cavitación, se limita el vacío en la entrada de la bomba. La mayoría de los fabricantes de bombas recomiendan un vacío que no exceda de 0,84 bar en la entrada. Con una presión atmosférica de 1,013 bar disponible en el depósito, esto deja una diferencia de presión de solo 0,173 bar para impulsar el aceite hacia la bomba.