Hidraulikos

1. SISTEMAS HIDRÁULICOS

1.1. Introducción a la hidráulica

La hidráulica es la ciencia que forma parte la física y comprende la transmisión y

regulación de fuerzas y movimientos por medio de los líquidos. Cuando se

escuche la palabra “hidráulica” hay que remarcar el concepto de que es la

transformación de la energía, ya sea de mecánica ó eléctrica en hidráulica para

obtener un beneficio en términos de energía mecánica al finalizar el proceso.

Etimológicamente la palabra hidráulica se refiere al agua:

Hidros - agua. Aulos - flauta.

Algunos especialistas que no emplean el agua como medio transmisor de

energía, sino que el aceite han establecido los siguientes términos para

establecer la distinción:

Oleodinámica, Oleohidráulica u Oleólica.

1.2. Producción de energía hidráulica

La ventaja que implica la utilización de la energía hidráulica es la posibilidad de

transmitir grandes fuerzas, empleando para ello pequeños elementos y la

facilidad de poder realizar maniobras de mandos y reglaje. A pesar de estas

ventajas hay también ciertos inconvenientes debido al fluido empleado como

medio para la transmisión. Esto debido a las grandes presiones que se manejan

en el sistema las cuales posibilitan el peligro de accidentes, por esto es preciso

cuidar que los empalmes se encuentren perfectamente apretados y estancos.

1.3 Componentes de un sistema hidráulico

1.- Bombas y motores.

Nos proporcionan una presión y caudal adecuado de líquido a la instalación.

Bomba hidráulica

La bomba hidráulica convierte la energía mecánica en energía hidráulica. Es un

dispositivo que toma energía de una fuente (por ejemplo, un motor, un motor

eléctrico, etc.) y la convierte a una forma de energía hidráulica. La bomba toma

aceite de un depósito de almacenamiento (por ejemplo, un tanque) y lo envía

como un flujo al sistema hidráulico.

Todas las bombas producen flujo de aceite de igual forma. Se crea un vacío a la

entrada de la bomba. La presión atmosférica, más alta, empuja el aceite a través

del conducto de entrada a las cámaras de entrada de la bomba. Los engranajes

de la bomba llevan el aceite a la cámara de salida de la bomba. El volumen de la

cámara disminuye a medida que se acerca a la salida. Esta reducción del tamaño

de la cámara empuja el aceite a la salida.

La bomba sólo produce flujo (por ejemplo, galones por minuto, litros por minuto,

centímetros cúbicos por revolución, etc.), que luego es usado por el sistema

hidráulico. La bomba NO produce “presión”. La presión se produce por acción de

la resistencia al flujo. La resistencia puede producirse a medida que el flujo pasa

por las mangueras, orificios, conexiones, cilindros, motores o cualquier elemento

del sistema que impida el paso libre del flujo al tanque. Hay dos tipos de bombas:

regulables y no regulables.Bombas no regulables

Las bombas no regulables tienen mayor espacio libre entre las piezas fijas y en

movimiento que el espacio libre existente en las bombas regulables. El mayor

espacio libre permite el empuje de más aceite entre las piezas a medida que la

presión de salida (resistencia al flujo) aumenta. Las bombas no regulables son

menos eficientes que las regulables, debido a que el flujo de salida de la bomba

disminuye considerablemente a medida que aumenta la presión de salida. Las

bombas no regulables generalmente son del tipo de rodete centrífugo o del tipo

de hélice axial. Las bombas no regulables se usan en aplicaciones de presión

baja, como bombas de agua para automóviles o bombas de carga para bombas

de pistones de sistemas hidráulicos de presión alta.

Bomba de rodete centrífuga

La bomba de rodete centrífuga consiste de dos piezas básicas: el rodete (2),

montado en un eje de salida (4) y la caja (3). El rodete tiene en la parte posterior

un disco sólido con hojas curvadas (1), moldeadas en el lado de la entrada. El

aceite entra por el centro de la caja (5), cerca del eje de entrada, y fluye al rodete.

Las hojas curvadas del rodete impulsan el aceite hacia afuera contra la caja. La

caja está diseñada de tal modo que dirige el aceite al orificio de salida.

Bombas regulables

Hay tres tipos básicos de bombas regulables: de engranajes, de paletas y de

pistones. Las bombas regulables tienen un espacio libre mucho más pequeño

entre los componentes que las bombas no regulables. Esto reduce las fugas y

produce una mayor eficiencia cuando se usan en sistemas hidráulicos de presión

alta. En una bomba regulable el flujo de salida prácticamente es el mismo por

cada revolución de la bomba. Las bombas regulables se clasifican de acuerdo

con el control del flujo de salida y el diseño de la bomba.

La capacidad nominal de las bombas regulables se expresa de dos formas.Una forma es por la presión de operación máxima del sistema con la cual la

bomba se diseña (por ejemplo, 21.000 kPa o 3.000 lb/pulg

2

). La otra forma es la

salida específica suministrada, expresada bien sea en revoluciones o en la

relación entre la velocidad y la presión específica. La capacidad nominal de las

bombas se expresa ya sea en l/min-rpm-kPa o gal EE.UU./min-rpm-lb/pulg

2

(por

ejemplo, 380 l/min-2.000 rpm-690 kPa o 100 gal EE.UU./min-2.000 rpm-100

lb/pulg

2

).

Cuando la salida de la bomba se da en revoluciones, el flujo nominal puede

calcularse fácilmente multiplicando el flujo por la velocidad en rpm (por ejemplo,

2.000 rpm) y dividiendo por una constante.

Bombas de Engranajes

Las bombas son componentes del sistema hidráulico que convierten la energía

mecánica transmitida desde un motor eléctrico a energía hidráulica. Las bombas

de engranajes son compactas, relativamente económicas y tienen pocas piezas

móviles. Las bombas de engranajes externas se componen de dos engranajes,

generalmente del mismo tamaño, que se engranan entre si dentro de una

carcasa. El engranaje impulsor es una extensión del eje impulsor. Cuando gira,

impulsa al segundo engranaje. Cuando ambos engranajes giran, el fluido se

introduce a través del orificio de entrada. Este fluido queda atrapado entre la

carcasa y los dientes de rotación de los engranajes, se desplaza alrededor de la

carcasa y se empuja a través del puerto de salida. La bomba genera flujo y, bajo

presión, transfiere energía desde la fuente de entrada, que es mecánica, hasta

un actuador de potencia hidráulica.

Bombas de Paletas

- No Balanceadas:

La parte giratoria de la bomba, o el conjunto del rotor, se ubica fuera del centro

del anillo de leva o carcasa. El rotor está conectado a un motor eléctrico

mediante un eje. Cuando el rotor gira, las paletas se desplazan hacia afuera

debido a la fuerza centrifuga y hacen contacto con el anillo, o la carcasa,

formando un sello positivo. El fluido entra a la bomba y llena el área de volumen

grande formada por el rotor descentrado. Cuando las paletas empujan el fluido

alrededor de la leva, el volumen disminuye y el fluido se empuja hacia afuera a

través del puerto de salida.

- Balanceadas:

En la bomba de paletas no balanceada, que se ha descrito anteriormente, una

mitad del mecanismo de bombeo se encuentra a una presión inferior a la

atmosférica, mientras que la otra mitad está sometida a la presión total del

sistema. Esto da como resultado una carga en los costados sobre el eje mientras

se encuentra bajo condiciones de alta presión. Para compensar esto, la forma del

anillo en una bomba de paletas balanceada cambia de circular a forma de leva.

Con este diseño, los dos cuadrantes de presión se oponen entre sí. Dos puertos

se encargan de la entrada del fluido y otros dos bombean el fluido hacia afuera.

Los dos puertos de entrada y los dos puertos de descarga están conectados

dentro de la carcasa. Como se encuentran ubicados sobre lados opuestos de la

carcasa, la fuerza excesiva o la acumulación de presión sobre uno de los lados

es neutralizada por fuerzas equivalentes pero opuestas sobre el otro lado.

Cuando las fuerzas se equilibran, se elimina la carga en los costados del eje.Bombas de Pistón

Las bombas de pistón axial convierten el movimiento giratorio de un eje de

entrada en un movimiento axial de vaivén, que se produce en los pistones. Esto

se logra por medio de una placa basculante que es fija o variable en su grado de

ángulo. Cuando el conjunto del barril de pistón gira, los pistones giran alrededor

del eje con las zapatas de los pistones haciendo contacto con y deslizándose

sobre la superficie de la placa basculante. Con la placa basculante en posición

vertical, no se produce ningún desplazamiento ya que no hay movimiento de

vaivén. A medida que el ángulo de la placa basculante aumenta, el pistón se

mueve hacia adentro y hacia fuera del barril siguiendo

...