Conocido principalmente dentro del ámbito industrial, un sistema hidráulico es un proceso que se utiliza para accionar maquinaria en fábricas de diferente tipo, desde las que se dedican a hacer papel, hasta aquellas de gran tamaño donde se construyen vehículos.
Un sistema como este necesita de distintos componentes, entre los principales están las válvulas y las bombas hidráulicas, porque controlan las presiones que hacen funcionar a dichos sistemas.
¿Qué es un sistema hidráulico?
Los sistemas hidráulicos son procesos que utilizan fluidos sometidos a ciertas presiones para accionar los componentes mecánicos o maquinarias que utilizan las fábricas, lo deben de hacer de forma controlada y es por ese motivo que la hidráulica es parte esencial del sector industrial.
Es preciso mencionar que la hidráulica “significa la creación de fuerzas y movimientos mediante fluidos sometidos a presión. Los fluidos sometidos a presión son el medio para la transmisión de energía”, explica la Universidad de las Américas Puebla (UDLAP).
De ahí que los sistemas hidráulicos deban de estar cerrados y utilicen fluidos, ya que los líquidos -generalmente presurizados- son sus medios de transmisión. Todo esto funciona gracias a la Ley de Pascal, considerada como la base fundamental de la ciencia hidráulica.
La UDLAP añade que Pascal “demostró que en un fluido en reposo, la presión es transmitida de igual manera en todas direcciones, en otras palabras, la presión existente en un líquido confinado actúa igualmente en todas direcciones y lo hace formando ángulos rectos con la superficie del recipiente”.
¿Cómo funciona un sistema hidráulico?
El funcionamiento de un sistema hidráulico comienza cuando un líquido es enviado con una determinada presión hacia un cilindro, con la finalidad de que mueva cargas de diferente peso, ya sea que las empuje o las jale. Estos pasos los lleva a cabo de manera controlada y precisa, por lo que se considera una manera segura de transmitir fuerza en los procesos productivos de las industrias.
Mientras se bombea el fluido por todo el sistema, la fuerza que se ejerce es la misma en todas las superficies, porque los líquidos tienen la propiedad de adaptarse a cualquier forma y desplazarse hacia cualquier dirección. Generalmente el aceite es el fluido que más se utiliza en estos circuitos, pero puede variar de acuerdo con las actividades que realiza cada fábrica.
Los sistemas hidráulicos, de manera general, trabajan con un rango de presión ubicado entre 1,000 a 3,000 libras para que uno de sus componentes, en este caso la bomba hidráulica, pueda activarse gracias a un motor eléctrico, lo que genera el flujo del líquido y por lo tanto, la activación del cilindro.
Lo que hace el cilindro es regresar el líquido hacia el depósito a través de una tubería, el fluido pasa por un filtro instalado en la línea de presión, o bien, en la línea de retorno. Este es un paso indispensable, ya que evita que cualquier partícula o suciedad llegue hasta la tubería y genere fallas en el sistema hidráulico.
Posteriormente, el movimiento del cilindro se controla por medio de una válvula de control direccional, la cual permite que el cilindro pueda expandirse o contraerse; este es el funcionamiento básico de un sistema hidráulico, que requiere de elementos muy concretos para realizarse con éxito.
Elementos de un sistema hidráulico
De acuerdo con la UDLAP, los componentes básicos de este tipo de sistemas están conformados por una bomba hidráulica, un filtro, un recipiente de almacenamiento de aceite o depósito, válvulas hidráulicas, actuadores y un fluido hidráulico. “Todos estos elementos son unidos o conectados entre sí por medio de tubos y mangueras”, añade.
Depósito
El depósito hidráulico es un componente que cumple distintos propósitos, entre ellos: retener un fluido, transferir el calor que hay en el sistema, ayudar a que las partículas contaminantes se mantengan en el fondo del mismo y liberar el aire, así como la humedad.
Bomba hidráulica
Las bombas hidráulicas sirven para convertir la energía mecánica que transmite un motor primario (eléctrico o de combustión interna) en energía hidráulica; esta acción es posible debido a que generan un volumen creciente del lado donde ocurre la succión y por el contrario, un volumen decreciente donde está la presión.
Hay varios tipos de bombas que se utilizan para estos sistemas, sobre todo las de desplazamiento dispositivo, dentro de las que encontramos las siguientes.
- Bombas de pistones: Estos equipos de émbolo positivo regularmente se utilizan cuando las cargas son menores y la presión de salida necesita ser mayor.
- Bombas centrífugas: Su principal característica es que utilizan energía cinética de rotación para hacer que los fluidos se desplacen, para lo cual es indispensable un motor.
Lo que hacen las bombas es crear un vacío en la entrada de las mismas, haciendo que el líquido del depósito pase a una línea de entrada y posteriormente, a la bomba. Después, el trabajo mecánico de estos sistemas conducen el líquido hacia la salida de la la bomba y de ahí hacia llega al circuito hidráulico.
Son otros componentes fundamentales de los sistemas hidráulicos, su función es regular “la puesta en marcha, el paro y la dirección, así como la presión o el caudal del fluido enviado por una bomba hidráulica”.
Así lo explica la Universidad de las Américas Puebla, y añade que las válvulas tienen un cuerpo y una pieza móvil que sirven para conectar y desconectar los conductos que se instalan en su interior. Al igual que las bombas, una válvula puede dividirse en varios tipos, los que más se utilizan en un sistema hidráulico son los siguientes.
- Válvulas reguladoras de caudal: También se conocen como reguladoras de flujo porque no solo reducen la velocidad de los cilindros, también influyen en los accionamientos retardados, las temporizaciones y los impulsos. Estas válvulas se dividen en unidireccionales y bidireccionales.
- Válvulas de aguja: Su principal función es permitir que el flujo de un líquido gire 90º y pase a través de una abertura ubicada en la punta cónica, justo donde se ubica una barra cilíndrica. Ese orificio tiene un tamaño que se puede regular si se cambia la posición de la punta cónica “respecto a su asiento”.
Dentro de un sistema hidráulico no pueden faltar las válvulas, ya que sin ellas el flujo de los fluidos no podría arrancar y por lo tanto, el circuito no serviría para que las industrias lleven a cabo sus procesos productivos.
Actuadores
Cuando hablamos sobre los actuadores nos referimos a los dispositivos que transforman la energía eléctrica, neumática o hidráulica en actuación, es decir, energía mecánica. Para entenderlo mejor, vamos a retomar la definición que propone la Asociación de la Industria Eléctrica de Chile:
“un actuador es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es proporcionar fuerza para mover o actuar otro dispositivo mecánico. La fuerza que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: presión neumática, presión hidráulica y fuerza motriz eléctrica”.
En los sistemas hidráulicos, los actuadores ejercen una acción directa sobre el cilindro que se encarga de convertir la energía hidráulica en movimientos lineales, generando una fuerza clave para que todo el sistema funcione correctamente.
Cilindros y motores hidráulicos
Los cilindros son indispensables en cualquier sistema hidráulico que después se convierte en mecánica, como lo señala la UDLAP. Lo que estos equipos hacen es precisamente transformar la fuerza hidráulica en energía mecánica lineal.
Generalmente, los cilindros que se utilizan son los de efecto simple, cuya presión solamente actúa sobre el émbolo para que trabajen en un solo sentido. Su funcionamiento comienza cuando el fluido sometido a una presión, pasa hacia la cámara ubicada a un lado del émbolo, donde la contrafuerza crea una presión que al superarse, ayuda a que el cilindro avance hasta el final de carrera.
“Durante el movimiento de retroceso, la cámara del lado del émbolo está conectada con el tanque a través de la tubería y la válvula. El retroceso se produce por el propio peso y por acción del resorte”, agrega la UDLAP.
Por otra parte, los motores son los encargados de que exista una conversión en la presión y en el flujo hidráulico en par, lo que también se conoce como fuerza de torsión; conviene precisar que los motores funcionan como actuadores mecánicos.
Aplicaciones de los sistemas hidráulicos
La principal función que cumplen un sistema hidráulico consiste en brindar un control preciso en las fuerzas mayores, por lo que es posible hablar de aplicaciones móviles e industriales. Las móviles se refieren a la energía del aire y un fluido a presión, por medio de los cuales puede accionarse maquinaria de excavación y perforación, o impulsar transportes como los tractores y las grúas.
Por otra parte encontramos las aplicaciones industriales, en las que un sistema hidráulico hace posible que la maquinaria sea impulsada y controlada a fin de que las líneas de producción se lleven a cabo sin contratiempos ni interrupciones.
Entre los procesos donde es común encontrar a la hidráulica podemos mencionar los sistemas de irrigación, los amortiguadores de los vehículos, los buques de navegación, las trituradoras, la maquinaria textil y la que sirve para fabricar papel, así como los trenes de aterrizaje de los aviones.
Ventajas y desventajas de estos sistemas hidráulicos
Un sistema hidráulico tiene ciertas ventajas, entre ellas está su transmisión de potencia a una fuerza constante sin que influyan los cambios de velocidad, además los sistemas hidráulicos no requieren de pasos complicados, por lo que es fácil que acelere, arranque o desacelera, según sean las necesidades operacionales de cada industria.
Además, se considera que un sistema hidráulico es un sistema económico, sin que esto perjudique su funcionamiento, ya que es completamente seguro de utilizar por industrias muy distintas, por ejemplo, la aeronáutica y la marítima.
Finalmente, es preciso mencionar que una de las desventajas del sistema hidráulico son las fugas, pues a pesar de que los sistemas pasen por un mantenimiento, es complicado que se eviten al 100%. También se debe de cuidar que los fluidos no se filtren hacia zonas calientes, ya que esto podría causar un incendio.
