Sistemas hidráulicos - Principios

Sistemas hidráulicos
En todos los buques, en mayor o menor medida, utilizan los sistemas hidráulicos para transmitir potencia de un lugar a otro con fines diversos; de ahí la importancia que estos tienen en la configuración de los equipos y en su funcionamiento.
Un sistema hidráulico constituye un método relativamente simple de aplicar grandes fuerzas que se pueden regular y dirigir de la forma más conveniente. Otras de las características de los sistemas hidráulicos son su confiabilidad y su simplicidad. Todo sistema hidráulico consta de unos cuantos componentes relativamente simples y su funcionamiento es fácil de entender.
Vamos a tratar de describir algunos principios de funcionamiento así como algunos componentes simples y la forma en que se combinan para formar un circuito hidráulico.

Hay dos conceptos que tenemos que tener claros el de fuerza y el de presión. Fuerza es toda acción capaz de cambiar de posición un objeto, por ejemplo el peso de un cuerpo es la fuerza que ejerce, sobre el suelo, ese objeto. La presión es el resultado de dividir esa fuerza por la superficie que dicho objeto tiene en contacto con el suelo.
La presión se mide generalmente en Kilogramos/Cm2.
La hidráulica consiste en utilizar un liquido para transmitir una fuerza de un punto a otro.

Los líquidos tienen algunas características que los hacen ideales para esta función, como son las siguientes:

• Incompresibilidad. (Los líquidos no se pueden comprimir)
• Movimiento libre de sus moléculas. (Los líquidos se adaptan a la superficie que los contiene).
• Viscosidad. (Resistencia que oponen las moléculas de los líquidos a deslizarse unas sobre otras).
• Densidad. (Relación entre el peso y el volumen de un líquido). D=P/V La densidad patrón es la del agua que es 1, es decir un decímetro cúbico pesa un kilo.

El principio más importante de la hidráulica es el de Pascal que dice que la fuerza ejercida sobre un líquido se transmite en forma de presión sobre todo el volumen del líquido y en todas direcciones.
Generalmente la fuerza Hidráulica se consigue empujando el aceite por medio de una bomba conectada a un motor, se transmite a través de tuberías metálicas, conductos, latiguillos, etc. y se proyecta en cilindros hidráulicos, motores, etc.
Un circuito hidráulico básico podría constar de un depósito de aceite, una bomba que lo impulsa, una tubería que lo transmite y un cilindro que actúa.

Componentes básicos de los circuitos hidráulicos
Los sistemas hidráulicos se componen básicamente de:
· Bombas.
· Tuberías.
· Válvulas.
· Depósitos.
· Cilindros o botellas.
· Motores.
· Filtros.

Las bombas hidráulicas en maquinaria suelen ser de tres tipos fundamentalmente: Bombas de engranajes, bombas de paletas y bombas de pistones.

Bombas Hidráulicas

Una bomba hidráulica es un dispositivo tal, que recibiendo energía mecánica de una fuente exterior, la transforma en una energía de presión transmisible de un lugar a otro de un sistema hidráulico a través de un líquido cuyas moléculas estén sometidas precisamente a esa presión.
Se dice que una bomba es de desplazamiento negativo cuando su órgano propulsor no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola. Otra definición para aclarar los términos dice que las bombas de desplazamiento negativo son las que desplazan una cantidad variable de líquido dependiendo de la presión del sistema. A mayor presión menor cantidad de líquido desplazará.
A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento NO generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza matriz.

Bombas hidráulicas de engranajes o piñones
Este es uno de los tipos más populares de bombas de caudal constante usados en la maquinaria. En su forma más común, se componen de dos piñones dentados acoplados que dan vueltas, con un cierto juego, dentro de un cuerpo estanco.

El piñón motriz o principal esta enchavetado sobre el árbol de arrastre accionando generalmente por el motor diesel o por una toma de fuerza de la transmisión, etc. Las tuberías de aspiración o succión y de salida o descarga van conectadas cada una por un lado, sobre el cuerpo de la bomba.
Los dientes de los piñones al entrar en contacto por él lado de salida expulsa el aceite contenido en los huecos, en tanto que el vacío que se genera a la salida de los dientes del engranaje provoca la aspiración del aceite en los mismos huecos.

Los ejes de ambos engranajes están soportados por sendos cojinetes de rodillos ubicados en cada extremo.
El aceite es atrapado en los espacios entre los dientes y la caja de función que los contiene y es transportado alrededor de ambos engranajes desde la lumbrera de aspiración hasta la descarga. Lógicamente el aceite no puede retornar al lado de admisión a través del punto de engrane.

Bombas hidráulicas de paletas
Las bombas hidráulicas de paletas se utilizan a menudo en circuitos hidráulicos de diversas máquinas de movimiento de tierras. Son típicas en los sistemas hidráulicos de dirección de las máquinas.

Bomba de Paletas.

Constan de varias partes:
· Anillo excéntrico.
· Rotor.
· Paletas.
· Tapas o placas de extremo.

El accionamiento se efectúa por medio de un eje estriado que engrana con el estriado interior del rotor. Hay diversos diseños para conseguir el contacto entre la paleta y el anillo; en unos se utiliza la propia fuerza centrífuga que les imprime el giro del rotor, en estos modelos se requiere una velocidad mínima de giro para garantizar el correcto apoyo de la paleta sobre el anillo; en otros modelos esta fuerza centrífuga se refuerza con unos muelles colocados entre la paleta y su alojamiento en el rotor, esto disminuye la velocidad mínima necesaria para el apoyo; otros modelos utilizan una reducida presión hidráulica para empujar la paleta.

Las bombas de paletas son relativamente pequeñas en función de las potencias que desarrollan y su tolerancia al contaminante es bastante aceptable.

Bombas hidráulicas de pistones
Las bombas de pistones están formadas por un conjunto de pequeños pistones que van subiendo y bajando de forma alternativa de un modo parecido a los pistones de un motor a partir de un movimiento rotativo del eje.

Estas bombas disponen de varios conjuntos pistón-cilindro de forma que mientras unos pistones están aspirando liquido, otros lo están impulsando, consiguiendo así un flujo menos pulsante; siendo más continuo cuantos más pistones haya en la bomba; el liquido pasa al interior del cilindro en su carrera de expansión y posteriormente es expulsándolo en su carrera de compresión, produciendo así el caudal.

Bomba de Pistones Axiales.

La eficiencia de las bombas de pistones es, en general, mayor que cualquier otro tipo, venciendo, generalmente, presiones de trabajo más elevadas que las bombas de engranajes o de paletas.

Bomba de Pistones Radiales.

Las tolerancias muy ajustadas de estas bombas las hacen muy sensibles a la contaminación del líquido.
Según la disposición de los pistones con relación al eje que los acciona, estas bombas pueden clasificarse en tres tipos:

• Axiales: los pistones son paralelos entre si y también paralelos al eje. 
• Radiales: los pistones son perpendiculares al eje, en forma de radios. 
• Transversales: los pistones, perpendiculares al eje, son accionados por bielas.

Bomba de Pistones Transversales.

Las tuberías de conducción de los circuitos hidráulicos pueden ser metálicas con tubos rígidos conformados a la medida o bien latiguillos de goma con una o varias capas de alambres de acero trenzado en su interior, dependiendo de la presión para la cual estén diseñados.

Las válvulas son fundamentales en los circuitos hidráulicos, y son las que controlan los flujos de aceite para dirigirlos hacia el lugar conveniente en cada momento. Cada fabricante puede denominarlas de una manera distinta, pero básicamente las funciones son similares en casi todos los circuitos hidráulicos. Podemos hablar de válvulas de carrete, de retención, reductoras de presión, de seguridad, compensadoras, pilotadas, antirretorno, moduladoras, combinadas, etc. Actualmente la tendencia general de todos los fabricantes es la de sustituir los circuitos pilotados hidráulicamente por pilotaje electrónico que resulta mas cómodo, barato y sencillo, los circuitos son mandados por señales eléctricas y en unos pocos años la parte hidráulica de las máquinas se limitará a los circuitos principales que son menos propensos a las averías.

Los depósitos hidráulicos pueden ser de dos tipos: Presurizados que mantienen durante el funcionamiento de la máquina una presión en su interior que favorece la descarga de aceite hacia las bombas. Depósitos con respiradero que no mantienen presión en su interior.

Los cilindros o botellas pueden tener diversas formas o tener los soportes colocados de distinta manera, pero generalmente se pueden clasificar por el sistema de cierre de la tapa que varia en función de la presión que tengan que soportar. Las tapas que usan tornillos aguantan generalmente más presión que las tapas que van atornilladas directamente en la camisa. Estas últimas pueden ser atornilladas exteriormente o bien en la parte interior de la camisa.

Motores hidráulicos son generalmente de pistones y caudal fijo, se utilizan para convertir la energía hidráulica transportadas por las tuberías en movimiento o desplazamiento útil en las máquinas.

Motor Hidráulico

Filtros hidráulicos, van generalmente en derivación con el circuito principal y suele pasar por ellos una parte de la presión de retorno, circunstancia por la cual, su eficacia en el circuito es limitada. No suelen colocarse en las líneas de presión porque necesitarían ser muy reforzados para aguantar tan altas presiones y serian antieconómicos. En las líneas de aspiración de las bombas podrían dar lugar a restricciones que producirían cavitación acortando así drásticamente la vida útil de las mismas.

Como consecuencia de los cambios que están experimentando los circuitos hidráulicos tanto en cuanto a su configuración, (nuevos elementos electrónicos, sensores más eficaces, pasos de aceite más restringidos), como en cuanto a su tecnología, (ajustes de válvulas más pequeños, cilindros y vástagos con mecanizados más finos, menores tolerancias en general en los circuitos), cada vez es mas critica la limpieza del aceite que circula por los mismos, los mantenimientos de los circuitos hidráulicos, al contrario que en otros sistemas, se están acortando.
Un circuito hidráulico en el que se produzca una avería que dé lugar a la rotura de algún componente, por sus especiales características, trasladará la contaminación inmediatamente a todo el resto del circuito, siendo muy probable que se tenga que desmontar y limpiar el circuito completo para solucionar el problema.

FUENTES:

M.J.D.

https://www.maquinariaspesadas.org/ "Potencia y Fuentes de Energía en Maquinaria Pesada"