UT 4: Introducción a la Hidráulica

UT 4: HIDRÁULICA

• Hidráulica estudia el comportamiento de los fluidos líquidos.
• Los líquidos son incompresibles, no cambian de volumen bajo presión.
• Transmiten presión en todas direcciones (Principio de Pascal).
• Se adaptan al recipiente que los contiene, usando la parte inferior.

4.1 INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA

• La hidráulica se centra en el estudio del comportamiento de los líquidos.
• Los líquidos son incompresibles, manteniendo su volumen bajo presión.
• Transmiten presión en todas las direcciones (principio de Pascal).
• Se ajustan al recipiente que los contiene, utilizando la parte inferior del recipiente.

4.1 INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA

• El principio de Pascal establece que un líquido sometido a presión transmite dicha presión en todas las direcciones.
• Esto permite multiplicar fuerzas (prensa hidráulica, gato hidráulico).
• La presión es igual en todos los puntos del fluido (P₁ = P₂).
• La relación entre las fuerzas y las superficies es: F₁/S₁ = F₂/S₂.
• Despejando F₂, obtenemos: F₂ = F₁ * S₂ / S₁.
• Si S₂ es mucho mayor que S₁, la fuerza obtenida en el lado 2 será mucho mayor que la aplicada en el lado 1.

4.1 INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA

• La hidráulica se extiende en la automoción y maquinaria industrial.
• Circuitos de frenos, dirección asistida, cajas de cambio automáticas, lubricación, combustible, accionamiento de palas, excavadoras, tractores, grúas, etc.
• Efectos de la presión sobre los líquidos: vasos comunicantes, prensa o elevadores hidráulicos.

4.1 INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA

• Componentes básicos de un circuito hidráulico: bomba (genera caudal, presuriza el líquido), depósito (almacena, refrigera, decanta suciedad, elimina burbujas), filtros (eliminan partículas), válvulas (controlan presión y caudal), actuadores (normalmente cilindros o motores).
• ¡Un circuito hidráulico siempre tiene un retorno al depósito!
• En un circuito neumático, el aire comprimido se usa y se libera al ambiente.

4.1 INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA

• El líquido más utilizado es el aceite en sus diferentes variedades.
• Presenta un diagrama con los componentes de un circuito hidráulico: bomba hidráulica, manómetro, válvula de alivio, válvula selectora, cilindro de doble efecto, acumulación de presión, filtro, depósito con aceite hidráulico, distribución de volumen o flujo de entrega, conversión de energía en energía mecánica, flujo de retorno del fluido.

4.1 INTRODUCCIÓN A LA HIDRÁULICA: Propiedades

• Gran capacidad de presión (superando los 2000 bar en circuitos de combustible común rail).
• Movimientos precisos gracias a la incompresibilidad del líquido.
• Lubricación y refrigeración de los componentes realizada por el propio líquido (generalmente aceite).
• Tuberías y latiguillos deben soportar la presión de trabajo.
• Mayor robustez en comparación con los sistemas neumáticos.
• A grandes distancias, la presión disminuye, por lo que en vehículos industriales grandes los frenos suelen ser neumáticos.

4.2 CIRCUITOS HIDRÁULICOS

• Son análogos a los circuitos neumáticos, pero con ciertas diferencias.
• Siempre tienen una o varias tuberías de retorno al depósito ("T" = "tank" = depósito).
• En hidráulica, la presión depende de la distancia al punto de suministro debido a pérdidas por resistencia al desplazamiento del fluido.
• Velocidades bajas en el fluido hidráulico generan flujo laminar, mientras que velocidades más altas generan flujo turbulento.

4.2 CIRCUITOS HIDRÁULICOS

• Dos tipos principales de circuitos: centro abierto y centro cerrado.
• Circuito de centro abierto: la bomba suministra un caudal constante, por lo que se necesita una válvula limitadora de presión para controlar la presión cuando el cilindro llega a los topes.

4.2 CIRCUITOS HIDRÁULICOS

• Circuito de centro cerrado: la bomba suministra un caudal variable, por lo que no necesita una válvula limitadora de presión cuando el cilindro se detiene. Se suelen utilizar en sistemas con múltiples circuitos alimentados por una misma bomba, como en tractores.

4.3 BOMBAS HIDRÁULICAS

• Se encargan de generar caudal y movimiento del líquido.
• Dos tipos principales:
  • Desplazamiento no positivo: impulsan el líquido pero no producen aumentos bruscos de presión si se cierra el circuito ejemplos: bombas de agua del motor.
  • Desplazamiento positivo: impulsan el líquido generando caudal y si se cierra el circuito, producen aumentos bruscos de presión ejemplos: bombas de aceite de alta presión de combustible.

4.3 BOMBAS HIDRÁULICAS

• Bombas de desplazamiento positivo:
  • Caudal fijo: el caudal no varía, comúnmente utilizadas en sistemas con pocos actuadores
  • Caudal variable: el caudal varía dependiendo de la necesidad, utilizadas en aplicaciones donde se requiere mayor flexibilidad.

4.3 BOMBAS HIDRÁULICAS

• Clasificación de bombas:
  • Engranajes internos/externos: caudal fijo, usadas en sistemas con pocos actuadores
  • Rotor: caudal fijo
  • Paletas: caudal fijo/variable
  • Pistones radiales: caudal fijo/variable, se usan cuando se necesita un alto caudal a muy alta presión.
  • Pistones axiales: caudal fijo/variable, usadas en vehículos industriales y agrícolas.

4.3 BOMBAS HIDRÁULICAS

• Cuidado de la bomba:
• Uso de aceite adecuado, sustitucion de aceite y filtros, vigilancia del nivel de aceite, evitar formación de burbujas (cavitación), mantenimiento y cuidado.

4.4 FILTROS, ACUMULADORES Y DEPÓSITOS

• Los filtros retienen impurezas del aceite para prevenir daños en el circuito.
• Normalmente están al lado de succión de la bomba, pero pueden montarse en tuberías de retorno o presión.
• Los acumuladores almacenan energía hidráulica, mantienen presión del circuito cuando la bomba está detenida, mitigan los golpes de ariete y aumentan gradualmente la presión, absorbiendo los picos.
• Existen acumuladores con gas y con muelles.
• Los depósitos enfrían el aceite que se calienta durante el proceso, decantan impurezas que no atrapa el filtro y también separa el agua (si estuviese presente), eliminando las burbujas de aire que causan cavitación.

4.5 ENFRIADORES O INTERCAMBIADORES DE ACEITE

• El aceite hidráulico se calienta, por lo que necesita refrigerarse.
• La refrigeración se logra a través de intercambiadores de calor con el aire, o con el refrigerante del motor.

4.6 TUBERÍAS

• Transportan el fluido hidráulico (aceite) como en los sistemas neumáticos.
• Consideraciones sobre el diseño:
  • presiones altas,
  • tuberías de aspiración (baja presión), de presión, de retorno al depósito, drenaje de aceite y pilotaje,
  • deben estar dimensionadas correctamente para la función,
  • pueden ser rígidas o flexibles (latiguillos) dependiendo de la necesidad de movimiento.

4.7 ACTUADORES: CILINDROS Y MOTORES

• Los actuadores transforman la energía hidráulica en movimiento.
  • Cilindros: proporcionan movimiento lineal.
  • Motores: proporcionan movimiento rotatorio.
  • tipos: efecto simple, doble efecto, telescópicos, rotativos, diferenciales.

4.8 VÁLVULAS HIDRÁULICAS

• Distribuyen, regulan y controlan la presión o el caudal de aceite.
• Muy robustas, similares a las válvulas neumáticos,
• Tipos: distribuidores, de mando, bloqueo, conmutación, reguladores de caudal, reguladores de presión, limitadoras de presión y proporcionales.
• Las válvulas proporcionales (controladas electrónicamente) regulan la presión y el caudal en función de una señal de control.
• Ejemplo: caja de cambios automática, electroválvulas que controlan el paso de aceite para seleccionar las marchas.