Fundamentos y Propiedades Críticas del Aceite Hidráulico: Viscosidad, Aditivos y Prevención de Cavitación

Propiedades y Funciones Esenciales del Fluido Hidráulico

La capacidad de transmitir energía en un sistema hidráulico requiere que el fluido cumpla con múltiples funciones críticas:

• Asegurar una baja compresibilidad del sistema.
• Garantizar una adecuada lubricación de las piezas móviles.
• Proteger las piezas metálicas de la corrosión.
• Eliminar la contaminación (suciedad, agua y aire).
• Permitir la eliminación del calor generado por el sistema.
• Conservar una buena viscosidad a distintas temperaturas.
• Contar con una buena estabilidad frente a la oxidación.
• Mantener compatibilidad con los materiales de sellado y otros componentes.

El aceite es el fluido de transmisión más usado en circuitos hidráulicos debido a su mayor capacidad de lubricación y protección, y su superior resistencia a temperaturas bajas y altas, en comparación con el agua.

Viscosidad y su Especificación

Viscosidad

La viscosidad es una medida de la fricción interna de un fluido hidráulico. Se mide utilizando métodos estandarizados, calculando el tiempo que tarda un líquido a una determinada temperatura en atravesar un tubo capilar. La unidad del Sistema Internacional (SI) es $\text{mm}^2/\text{s}$ (centistokes, cSt).

Especificación de Viscosidad

La viscosidad se especifica comúnmente mediante dos normas principales:

• ISO VG (Grado de Viscosidad): Clasificación basada en la viscosidad cinemática promedio a $40^{\circ}\text{C}$.
• Norma SAE: Utilizada para aceites monogrado o multigrado.

Es importante recordar que, en cualquier norma, cuanto más alto sea el número, más denso (viscoso) será el aceite.

Índice de Viscosidad (IV)

El Índice de Viscosidad (IV) es una medida que relaciona el cambio de viscosidad con el cambio de temperatura. Lo ideal es que la viscosidad de un aceite no cambie significativamente con la temperatura; por lo tanto, mientras más alto sea el IV, mejor. Esto se logra mediante la incorporación de aditivos específicos.

Impacto de la Viscosidad Incorrecta

Aceite de Baja Viscosidad:

• Produce fugas en el sistema.
• Puede afectar negativamente las capacidades de lubricación del aceite.
• Genera un bajo rendimiento volumétrico.

Aceite de Alta Viscosidad:

• Posee una mayor resistencia al pasar por el sistema, lo que aumenta la fricción interna.
• Aumenta el riesgo de cavitación (debido a la dificultad de llenado en la succión de la bomba).

Contaminación y Fenómenos Críticos

Aire en el Aceite Hidráulico

El aire puede presentarse en el aceite hidráulico de tres formas:

1. Aire Disuelto: A Condiciones Normales de Presión y Temperatura (CNPT), el aceite contiene aproximadamente un 9% de aire disuelto, el cual generalmente no influye en el funcionamiento normal del sistema hidráulico. A mayor presión y temperatura, más cantidad de aire puede ser disuelto.
2. Burbujas Libres: Cuando se produce una importante caída de presión (por ejemplo, en la línea de succión de la bomba), el aire disuelto puede pasar a formar burbujas. Esto hace que el aceite sea compresible, lo cual es altamente indeseable para la transmisión de potencia.
3. Espuma: Se da generalmente en el depósito o tanque, indicando problemas de aireación o falta de aditivos antiespumantes.

Cavitación: Mecanismo y Prevención

Cuando las burbujas de aire o vapor se comprimen muy rápidamente al pasar de una zona de baja presión a una de alta presión, estas implosionan. Si la implosión ocurre en contacto con piezas metálicas, se produce el fenómeno de cavitación, generando un desgaste o erosión severa de la pieza.

El fenómeno de cavitación se produce generalmente en las bombas, específicamente en la zona de succión (baja presión) y la posterior zona de compresión.

Cómo Evitar la Cavitación

• Respetar los periodos de mantenimiento de los aceites y los filtros.
• Utilizar aceites con la especificación correcta según el fabricante del sistema.
• Comprobar que la ventilación del depósito esté libre de obstáculos.
• No acelerar la bomba en condiciones de arranque en frío, permitiendo que el aceite alcance una temperatura operativa adecuada.

Aditivos Esenciales en Fluidos Hidráulicos

Los aditivos son compuestos químicos que mejoran las propiedades inherentes del aceite base o le confieren nuevas propiedades:

• Antidesgaste (AW): Crean una película protectora sobre las partes de metal, evitando la fricción y el desgaste provocados por la abrasión.
• Mejoradores del Índice de Viscosidad (VI): Reducen la tasa de cambio de viscosidad con la temperatura.
• Inhibidores de Corrosión: Protegen las partes metálicas de un sistema hidráulico creando una película protectora.
• Aditivos de Extrema Presión (EP): Aumentan la resistencia de la película de aceite a la rotura y el desgarro bajo presión extrema.
• Antioxidantes: Retrasan la degradación química del aceite.
• Inhibidores de Espuma: Evitan la formación de espuma en el aceite, principalmente en el depósito.

Caída de Presión en Circuitos Hidráulicos

Generalmente, las caídas de presión se generan debido a que el aceite se encuentra en constante fricción dentro del sistema. Este fenómeno se acentúa en circuitos que presentan las siguientes características:

• Circuitos extremadamente largos o subdimensionados.
• Tuberías con muchas curvas o codos.
• Restricciones significativas, como pueden ser las válvulas.
• Filtros obstruidos o de alta resistencia.
• Alta velocidad de flujo del aceite.
• Alta viscosidad del aceite (especialmente a bajas temperaturas).