Tecnología Hidráulica Industrial: Propiedades de Fluidos, Principios Físicos y Componentes Clave

Propiedades Fundamentales de los Fluidos Hidráulicos

Los fluidos hidráulicos son esenciales en la tecnología industrial, y sus propiedades determinan el rendimiento y la eficiencia de los sistemas. A continuación, se detallan las características más relevantes:

1. Densidad

Es una propiedad de todos los materiales que se define matemáticamente como el cociente entre la masa y el volumen que ocupa, es decir, la masa por unidad de volumen. Si el material es homogéneo, se expresa como d=m/V. La densidad relativa es el cociente entre la densidad del material en cuestión y la del agua.

2. Presión de Vapor

La evaporación de los líquidos se produce porque sus moléculas escapan de su superficie. Si el líquido se encuentra en un espacio cerrado, las moléculas del vapor generado ejercen una presión parcial en dicho espacio, que se denomina presión de vapor. La cavitación es un fenómeno de implosiones que tiene como consecuencia la erosión de las partes metálicas de bombas y turbinas.

3. Viscosidad

La viscosidad se atribuye al frotamiento interno de las moléculas de un fluido. Sería, de alguna forma, equivalente al rozamiento entre sólidos, y representa una medida de la resistencia del fluido a su movimiento. Así, si un fluido circula fácilmente, decimos que su viscosidad es baja. Por el contrario, si el fluido circula con dificultad, tendrá una viscosidad alta. En el caso de los líquidos, la viscosidad disminuye con la temperatura. Además, es una propiedad de los fluidos que determina la cantidad de resistencia opuesta a las fuerzas cortantes, o la resistencia que ofrece una capa de fluido al circular sobre otra. La ley de Newton nos permite evaluar la viscosidad.

4. Índice de Viscosidad (IV)

Sabemos que los aceites minerales son derivados de productos petrolíferos y que estos se extraen de muchas partes del mundo. Para hallar el índice de viscosidad (IV) de un aceite dado, se toma como referencia un aceite de Pensilvania, al que se le asigna un índice 100, y un aceite del Golfo Pérsico, al que se le asigna un índice 0. Las viscosidades de estos aceites a una determinada temperatura deben ser iguales a la del aceite a examinar. A continuación, se comparan las viscosidades de los tres aceites a 37,8 ºC, y de esta confrontación se obtiene el índice de viscosidad.

5. Punto de Fluidez

El punto de fluidez es la temperatura más baja a la que un líquido puede fluir. En un aceite hidráulico, la comprobación de esta especificación tendrá una gran importancia cuando su utilización se produzca a temperaturas muy bajas.

Principios Físicos Fundamentales en Hidráulica

Los sistemas hidráulicos se rigen por leyes físicas clave que permiten su funcionamiento y diseño:

1. Principio de Pascal y la Prensa Hidráulica

El principio de Pascal establece que la presión aplicada en un fluido incompresible y encerrado se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido. Esto se expresa como: p = F/S, de donde F = p·S.

Si se tienen dos cilindros de diferente sección unidos entre sí por una conducción, y se aplica una fuerza F₁ sobre el émbolo de menor sección S₁, la presión se transmite en todas las direcciones por igual, cumpliéndose: F₁/S₁ = F₂/S₂.

2. Ley de Continuidad

La ley de continuidad para fluidos incompresibles establece que el caudal de fluido que entra en un conducto debe ser igual al caudal que sale. Se expresa como: S₁ · I₁ = S₂ · I₂ (donde I puede cambiarse por v, representando la velocidad). Esto implica que las velocidades y las secciones son inversamente proporcionales.

3. Teorema de Bernoulli: Energía Hidráulica

El teorema de Bernoulli describe el comportamiento de un fluido en movimiento a lo largo de una línea de corriente, considerando tres formas de energía:

• Una energía estática (potencial)
• Una energía hidrostática debida a la presión
• Una energía hidrodinámica (energía cinética)

4. Potencia Hidráulica

La potencia hidráulica (P) es la energía por unidad de tiempo que un sistema hidráulico puede generar o transmitir. Se calcula mediante la siguiente fórmula:

P = (p · Q) / η

Donde:

• P = potencia en vatios (W)
• p = presión en newtons por metro cuadrado (N/m²) o pascales (Pa)
• Q = caudal en metros cúbicos por segundo (m³/s)
• η = rendimiento (adimensional)

Elementos de Potencia: Bombas Hidráulicas y Unidades

1. Características de las Bombas Hidráulicas

Las bombas hidráulicas son componentes clave que transforman la energía mecánica en energía hidráulica. Sus características principales incluyen:

• Valor nominal de la presión
• Caudal
• Desplazamiento
• Rendimiento volumétrico
• Rendimiento total

2. Tipos de Bombas de Engranajes

Las bombas de engranajes son un tipo común de bomba de desplazamiento positivo, utilizadas en una amplia gama de aplicaciones hidráulicas. Algunas variaciones incluyen:

• Bomba de engranajes de caudal fijo
• Bomba de engranajes con anillo cilíndrico
• Bomba de tornillos helicoidales (a menudo clasificada junto a las de engranajes por su principio de desplazamiento positivo)

3. La Unidad Hidráulica

La unidad hidráulica es el elemento central del circuito hidráulico donde se genera la potencia hidráulica (presión y caudal). Sus componentes principales son:

• Depósito
• Filtro
• Manómetro
• Válvulas