Sistemas Hidráulicos: Funcionamiento, Aplicaciones y Comparativa

Introducción a la Hidráulica

Principios básicos y relevancia de los sistemas hidráulicos.

Comparativa: Sistemas Hidráulicos vs. Neumáticos

Similitudes

Ambos sistemas comparten similitudes fundamentales en sus componentes:

• Utilizan actuadores como cilindros y motores rotativos.
• Emplean tuberías y válvulas para controlar el circuito.
• Requieren bombas (hidráulica) o compresores (neumática) para transmitir energía a los fluidos.

Diferencias

Las diferencias clave radican en el fluido utilizado y sus propiedades:

• Sistemas Neumáticos: Utilizan un gas, comúnmente aire comprimido, para transmitir movimiento y fuerza. Los gases son compresibles.
• Sistemas Hidráulicos: Utilizan un líquido, generalmente aceite hidráulico. Los líquidos, como el aceite, se consideran prácticamente incompresibles; si sometemos un líquido encerrado en un recipiente a presión, su volumen apenas varía.

Funcionamiento de los Frenos Hidráulicos en Automóviles

El sistema de frenos de un automóvil es una aplicación común de la hidráulica:

1. Al pisar el pedal del freno, un pistón ejerce una fuerza contra el líquido de frenos.
2. El fluido, al ser incompresible, transmite esta fuerza de manera uniforme a través de las tuberías hacia los frenos situados en las ruedas.
3. En cada freno, uno o varios pistones reciben la fuerza hidráulica.
4. Estos pistones aplican la fuerza contra el eje de la rueda (a través de pastillas o zapatas) con el fin de detenerla o reducir su velocidad.

Tipos de Frenos:

• Ruedas Delanteras: Se suelen utilizar frenos de disco, formados por un disco de acero solidario a la rueda y pastillas de freno que lo presionan.
• Ruedas Traseras: Frecuentemente se utilizan frenos de tambor, compuestos por zapatas de freno que se expanden contra el interior de un tambor giratorio solidario a la rueda.

Principio de Funcionamiento Hidráulico (Ejemplo Práctico)

Consideremos un sistema con dos cilindros de diferentes tamaños conectados y llenos de un líquido (como en la 'Animación 3'). El líquido transmite la presión:

• Al aplicar una pequeña fuerza sobre el émbolo del cilindro pequeño, se genera una presión en el líquido.
• Esta presión se transmite íntegramente a través del líquido hasta el cilindro grande.
• Debido a la mayor área del émbolo del cilindro grande, la fuerza resultante sobre este es mucho mayor que la fuerza aplicada inicialmente (Principio de Pascal).

Aplicaciones Comunes de la Hidráulica

La hidráulica es fundamental en numerosas máquinas y equipos:

• Excavadoras
• Tractores
• Máquinas de construcción diversas
• Camiones (volquetes, grúas incorporadas)
• Grúas

Grúas Elevadoras

Las grúas elevadoras utilizan cilindros hidráulicos extensamente. La incompresibilidad del aceite permite que los actuadores puedan pararse con precisión en cualquier punto del recorrido y mantener la posición, además de generar fuerzas enormes para levantar cargas pesadas.

Ventajas de la Maquinaria Hidráulica Industrial

• Permiten movimientos con precisión milimétrica.
• Pueden pararse y mantener la posición en cualquier punto de su recorrido.
• Son capaces de ejercer o soportar grandes fuerzas incluso en una posición estática.
• Multiplicación de fuerza.
• Control suave del movimiento.

Operación del Volquete Hidráulico de un Camión

Elevación del Volquete

1. Se empuja la palanca de control hacia delante.
2. La bomba envía aceite a presión, que entra en el cilindro hidráulico por la parte inferior.
3. La presión del aceite empuja el émbolo hacia arriba, levantando el volquete.
4. Al llegar al final del recorrido (o a la posición deseada), se debe poner la palanca en la posición central (neutra).
5. La posición neutra corta el flujo de aceite hacia el cilindro, manteniendo el volquete en su lugar. Una válvula de seguridad protege el circuito principal permitiendo la recirculación del aceite si es necesario.

Descenso del Volquete

1. Se mueve la palanca de control en la dirección opuesta (generalmente hacia atrás).
2. Se permite que el aceite entre en el cilindro por la parte superior (o que salga de la parte inferior y retorne al depósito).
3. El peso del volquete empuja el émbolo hacia abajo, haciendo descender la caja. El flujo de aceite es controlado para un descenso seguro.

Inconvenientes de los Sistemas Hidráulicos

• Son sistemas cerrados que requieren un depósito para el fluido.
• Sus componentes (bombas, válvulas, cilindros de alta presión) suelen ser más difíciles y caros de construir que los neumáticos.
• El mantenimiento puede ser complejo debido a la necesidad de evitar fugas y contaminación del aceite.
• Posibles riesgos ambientales en caso de fugas de aceite.
• El aceite hidráulico puede variar su viscosidad con la temperatura, afectando el rendimiento.