¿Qué es un sistema Hidráulico y cómo funciona?
Las fábricas de papel, tala de árboles, robótica y procesamiento de acero son las industrias que más utilizan equipos hidráulicos.
Las operaciones que requieren movimientos controlados de piezas o aplicación de fuerza controlada realizan estos trabajos a partir de máquinas eléctricas o motores de gasolina, vapor y diesel, sin embargo los fluidos encerrados también se pueden usar como principales motores para brindar fuerza y movimiento. Los sistemas de fluidos son diseñados para movimientos lineales o rotativos, los sistemas cerrados que se basan en fluidos usan líquidos incompresibles presurizados para la transmisión, éstos son los denominados sistemas hidráulicos. Funcionan a partir de la ley de Pascal donde la presión de un fluido encerrado es uniforme en todas las direcciones.
Presión hidráulica
La presión hidráulica se basa en el principio de Pascal que es un principio de la mecánica de fluidos, en él se establece que la presión en un punto tiene dirección infinita, y por tanto la presión cambiada en cualquier punto de un líquido incompresible presurizado se transmite por el fluido de manera que el cambio sucede igual en cualquier parte.
Fluido hidráulico
El fluido hidráulico es el medio por el que el sistema hidráulico transmite la energía, se puede utilizar cualquier tipo de fluido pero la mayoría de los sistemas hidráulicos generan una presión de operación de 3000 a 5000 PSI por lo que el fluido debe tener las siguientes características para operar bajo los criterios de seguridad del sistema:
Alto punto de inflamación:
Si hubiese una fuga hidráulica no se debe producir la ignición del fluido a la temperatura normal del funcionamiento de los componentes que están alrededor del sistema, existen fluidos hidráulicos especiales con propiedades que resisten al fuego, casi todos los fluidos hidráulicos tienen un rango de 475 °C para la temperatura de auto-ignición.
Viscosidad adecuada:
Es necesario que los sistemas hidráulicos funcionen de manera eficiente en un amplio rango de temperaturas, por lo que el fluido hidráulico debe fluir a temperaturas bajas pero a la vez debe mantener su viscosidad a temperaturas elevadas, de esta manera es que el aceite hidráulico ideal tiene un punto de congelación realmente bajo y un alto punto de ebullición.
Propiedades del lubricante:
El fluido hidráulico suele funcionar como lubricante para las bombas y motores del sistema, por lo que es necesario que cuente con propiedades anticorrosivas y debe ser estable térmicamente.
Capacidad térmica y conductividad:
El fluido hidráulico también actúa como refrigerante del sistema, por lo que es importante que cuente con capacidad de absorber y liberar fácilmente el calor.
Elementos de un sistema hidráulico
El depósito, la bomba, las válvulas, el actuador, los cilindro y el motor son los principales componente de un sistema hidráulico.
Depósito:
Éste es quien retiene un volumen de fluido, transfiere calor al sistema permite que los contaminantes sólidos se puedan asentar, además facilita la liberación del aire y la humedad del fluido.
Bomba:
Ésta es la encargada de transmitir energía mecánica a la energía hidráulica, lo hace a través del movimiento del fluido que es justamente el medio de transmisión, la energía que era mecánica se convierte en hidráulica debido al caudal y la presión de la bomba hidráulica. Las bombas funcionan a partir de un vacío que crean en la entrada de la misma bomba donde se fuerza al líquido a seguir una línea de entrada, la acción mecánica de la bomba manda al líquido hacia la salida de la bomba y es ahí donde se introduce el sistema hidráulico.
Existen diversos tipos de bombas ya sean de engranajes, pistones y paletas, todas cuentan con diferentes modelos que permiten la adaptación a los requerimientos de cada aplicación. Las bombas hidráulicas más destacadas son las centrífugas y las de pistón.
- Válvulas: son las que hacen que en el sistema hidráulico arranque, se detenga o se dirija el flujo del fluido; se componen por carretes y se accionan por medio neumáticos, hidráulicos, eléctricos, mecánicos o manuales.
- Actuadores: son el componente final de la ley de Pascal, es donde la energía hidráulica se convierte de nuevo en energía mecánica, sucede por el uso de cilindros hidráulicos que convierten la energía en un trabajo lineal o por medio de motores hidráulicos que convierten la energía en trabajo rotativo.
- Cilindros hidráulicos: tienen una gran variedad de aplicaciones, pueden encontrarse de simple o de doble efecto.
- Motores hidráulicos: su uso es de gran adaptabilidad, cuando se combinan con bombas hidráulicas crean transmisiones hidráulicas, pueden funcionar con agua o con otros fluidos hidráulicos.
Funcionamiento de un sistema hidráulico
El sistema hidráulico se compone de dos cilindros que se llenan con un fluido, este fluido es por lo general un aceite hidráulico, el cilindro más pequeño es llamado cilindro esclavo, se coloca un pistón en él y se aplica presión; la presión aplicada genera que el fluido de mueva hacia el cilindro más grande, que es conocido como cilindro maestro, al ejercer presión sobre éste y su pistón se empuja el fluido de regreso al cilindro esclavo. La gran fuerza que se aplica al fluido por el cilindro esclavo la experimenta el cilindro maestro.
En el caso de los circuitos hidráulicos se tiene un conjunto de componentes interconectados que constituyen el sistema a través del cual fluirá el fluido, de forma similar a los circuitos eléctricos, usando elementos lineales y discretos. Estos circuitos requieren de una bomba que empuje el fluido hidráulico a través de todo el sistema creando así energía hidráulica. Los líquidos que se utilizan suelen ser aceites incompresibles de alta densidad, el cual es filtrado para eliminar cualquier contaminante no deseado.
Una particularidad importante del funcionamiento de los circuitos hidráulicos es que se deben usar tuberías y conexiones que sean a prueba de fugas para mantener los criterios de seguridad y riesgos medioambientales.
La energía hidráulica y seguridad
El uso de la energía hidráulica representa algunos riesgos que deben ser considerados por lo que su uso requiere de capacitación respecto al tema.
El propósito de los sistemas hidráulicos es generar fuerza o movimiento, es una fuente de energía, por lo que debe ser controlada a través de dispositivos de aislamiento. También hay sistemas que requieren que se libere energía almacenada cuando la presión se eleva, y algunos otros que sirven para bloqueo y etiquetado, que liberan presión antes de que un equipo entre en funcionamiento.
Aplicaciones del sistema hidráulico
Estos sistemas son usados por lo general para el control de fuerzas mayores, sus principales aplicaciones se clasifican de la siguiente manera:
Industrial:
los sistemas hidráulicos son utilizados en maquinarias de procesamiento de plásticos, fabricación de acero y aplicaciones para la extracción de minerales, en líneas de producción automatizadas, máquinas de herramienta, cargadoras, trituradoras, sistemas robóticos, etc.
Hidráulica móvil:
sistemas hidráulicos utilizados en tractores, sistemas de irrigación, equipos de movimiento en tierra, manipulación de diverso materiales, vehículos de transporte y comerciales, perforación de túneles, equipos ferroviarios, construcción, etc.
Automóviles:
sistemas hidráulicos usados en frenos, amortiguadores, sistemas de dirección, elevación, limpieza, protecciones contra el viento, etc.
Aplicaciones marinas:
sistemas hidráulicos usados en navegación oceánica y barcos para pesca.
Aplicaciones aeroespaciales:
sistemas hidráulicos utilizados en control del timón, trenes de aterrizaje, frenos, transmisión, control de vuelo, etc. Usados en cohetes y naves espaciales.
Ventajas de los sistemas hidráulicos
Son sistemas sencillos de usar ya que con palancas y botones facilitan la parada, arranque, aceleración o desaceleración del sistema, lo cual brinda gran precisión en el control del mismo. Se puede adatar a un gran rango de pesos ya que no cuenta con engranajes o poleas. Los sistemas hidráulicos brindan una gran fuerza que es constante e independiente de los cambios en la velocidad, además son realmente seguros ya que no generan chispas.
Desventajas de los sistemas hidráulicos
Su principal desventaja es que el manejo de los fluidos hidráulicos puede resultar complicado por lo que requiere personal capacitado, además es complicado deshacerse de las fugas en sistemas hidráulicos y si el fluido logra filtrarse en zonas de mucho calor puede llegar a generar incendios, de la misma manera, si los circuitos hidráulicos estallan se pueden presentar graves daños que pueden afectar al personal.
Es necesario mantener los sistemas hidráulicos en óptimas condiciones por lo que requieren revisiones periódicas en búsqueda de fugas, se deben lubricar, cambiar filtro y sellos cada vez que sea necesario.