Tema: Hidráulica

Una vez que tenemos un flujo de aceite a presión tenemos que decidir qué hacer con él, para ello tenemos dos opciones:

Actuadores rotativos, básicamente lo que hacen es girar y en su mayor parte tienen el mismo esquema constructivo que las bombas pero funcionando al revés, es decir, toman un flujo de aceite a presión y al hacerlo pasar por ellos generan un giro en el eje. Comunmente se llaman motores hidráulicos y sus características van parejas a las de las bombas con tipología similar:
-Motores de piñones: Aplicaciones poco exigentes, pares moderados, alta velocidad.
-Motores de pistones axiales: Aplicaciones exigentes, pares medios, alta velocidad.
-Motores de pistones radiales: Aplicaciones exigentes, pares muy altos, baja velocidad.
-Motores de paletas: Aplicaciones medias, pares medios, velocidad media baja.
-Motores tipo gerotor: Son unos motores que disponen de un eje sobre el que gira una excéntrica la cual a su vez por fuera está mecanizadad en forma de estrella con las puntas redondeadas, en los vanos de la estrella van unos cilindros macizos y, axialmente, en la parte de atrás del motor una válvula distribuidora que es la que da entrada y salida al aceite procedente de la bomba.
Estos motores generan un alto par, bajas revoluciones y tamaño muy contenido, son muy utilizados y se conocen popularmente como "motores Danfoss" en referencia a Sauer-Danfoss, principal fabricante mundial de este tipo de actuadores.

Actuadores lineales, más comunmente llamados cilindros hidráulicos, se pueden dividir en dos categorías:
-Simple efecto, solo generan fuerza en el movimiento de apertura y se cierra mediante la acción de un muelle o de una carga antagonista.
-Doble efecto, generan fuerza tanto a abrir como a cerrar.
El principio constructivo de cualquier cilindro es sencillo, una camisa lapeada interiormente (pulida), un vástago que es el que realiza el movimiento de estirar o recoger, una tapa guía, que es por donde se desliza el vástago y que lleva unas juntas para evitar fugas y un pistón que va en el extremo del vástago que va dentro del cilindro, este pistón tiene que llevarlo obligatoriamente en los cilindros de doble efecto, en los de simple efecto no es necesario salvo que querramos obtener más fuerza al aumentar la sección de la superficie de empuje.
Los cilindros funcionan todos igual, a iguales cámaras igual fuerza, lo que los distingue es el servicio al cual están destinados, un cilindro agrícola de doble efecto tiene unas paredes mucho más delgadas que un cilindro del mismo tipo y medidas destinado una excavadora, amén de que las juntas también serán distintas, así como la longitud de la tapa guía y el tipo de elemento de sujección al mecanismo a mover (rótulas, tochos encasquillados, etc.)

Sobre el viaducto de Millau, de la págica de Enerpac:

* http://www.enerpac.com/promo/millau/...ngSystems.html El proceso completo de lanzamiento de viaducto de Millau
* http://www.enerpac.com/promo/millau/...eRecovery.html Sistema de la nariz del tablero de Millau
* http://www.enerpac.com/Promo/Millau/...Launching.html Empujar en el vacío un tablero de 4000 toneladas
* http://www.enerpac.com/Promo/Millau_...raryPiers.html Levantamiento de las torres de soporte provisorio de Millau

Son unos cracks estos de Enerpac y encima, para mayor orgullo, la operación ha sido ejecutada por los empleados de la filial española ¡en una obra francesa! ¡ya pueden ser buenos estos señores!
Me he fijado en que dice que la elevación de las torres provisionales se hizo con equipos hidráulicos de 700 bar, probablemente con bombas de pistones radiales.

Siguiendo con esta pequeña explicación de la hidráulica están los sistemas de mando o distribuidores, estos son los que nos permiten gobernar un actuador. Lo más habitual es mandar un cilindro de doble efecto mediante una válvula de 4 vías y 3 posiciones, las 4 vías se refieren a la entrada de presión (P), el retorno a tanque (T) y las líneas a las cámaras de los cilindros (A y B) y las 3 posiciones se refieren a la posición neutra con A y B cerradas y P a tanque, otra posición es P a A y B a T y la última P a B y A a T, así de sencillo.
Por supuesto hay muchos más tipos de válvulas distribuidores, 3 vías 2 posiciones, 4 vías 4 posiciones...
Trabajando conjuntamente con estas válvulas distribuidoras hay otros tipos de válvulas que se suelen intercalar entre el distribuidor y el actuador (antirretorno, overcenter, control de movimiento...), al hilo de esto recuerdo una anecdota que seguramente habreis oido muchos de vosotros, cuando se quemó un edificio en Madrid, creo que se llamaba la Torre Windsor, durante el proceso de demolición abrieron un día los telediarios diciendo que el edificio estaba maldito, que durante la noche se había caido una grúa; nada más lejos de la realidad, se trataba de una grúa de cadenas (creo que era una Demag) que tenía una fuga interna en la válvula de retención del brazo principal, a última hora de la tarde la aparcaron con el brazo levantado y por la mañana estaba con el brazo posado suavemente en el suelo, sin más.
Estas válvulas que se intercalan a la entrada de los cilindros tienen como función evitar las fugas de aceite a tanque, funcionan de forma que cuando accionamos el distribuidor se abren para dejar pasar el fluido hidráulico y cuando no lo accionamos se mantienen cerradas. Si os preguntais por qué hacen ya esta función las válvulas distribuidoras eso es debido a su construcción, el cierre lo hacen por ajuste eje-agujero (normalmente un ajuste deslizante con agujero base H6) y el eje o corredera se tiene que poder desplazar por lo que existe una pequeña tolerancia por la que se cuela el aceite; las válvulas de retención de carga, antirretorno, overcenter, llevan sin embargo cierres de ajuste cónico que, cuando están en perfecto estado, son estancos.
Otro tipo de válvulas son las de alivio de presión, estas sí van montadas normalmente en el distribuidor, su función es descargar a tanque los excesos de presión que se producen en la línea P o, los que se se producen en las líneas A y B también llamadas antichoque.

Otra parte no menos importante de los sistemas hidráulicos son los tanques, los sistemas de conducción de aceite y el filtrado.
El tanque es una de las partes que recibe menos atención y que más importancia tiene. Debe ser lo suficientemente grande para que con todos los actuadores lineales abiertos la bomba no aspire aire y además tener un plus de capacidad para que en jornadas de trabajo prolongadas el aceite no alcance una temperatura excesiva, debe tener ventanas para su inspección y limpieza periódica y además, debe tener una serie de tabiques interiores para que no haya cavitación en la bomba debido a los flujos de retorno (¿donde bebes mejor, en donde el agua está quieta o donde se mueve mucho? pues eso).
Los sistemas de conducción pueden ser rígidos o flexibles. Los rígidos constan de una tubería de acero dulce calmado DIN 2391 con racores en los extremos, bien con anillo, que no necesitan nada más que colocarlos y apretarlos, o bien soldados al tubo. Los tubos rígidos hay que conformarlos a la zona donde los quieres colocar, pero tienen la ventaja que ocupan menos a igual diámetro interior y, como tienen menor grosor de pared, evacuan mejor el calor.
Los flexibles constan de una tubería de goma resitente a los hidrocarburos con mallas de refuerzo que van desde 1 malla textil, 2 textiles, 1 acero, 2 acero, 4 acero en espiral y hasta 6 acero en espiral para presiones ultraelevadas. En los extremos se les colocan unos racores que pueden ser de hacer a mano, bastante en desuso, o prensados que es lo habitual.
En cuanto a los tipos de roscas, esto sí es un desbarajuste, los fabricantes no han sido capaces de ponerse de acuerdo, ni las entidades de normalización, es terrible y lo se por experiencia, en la empresa donde trabajo hay montones de medidas y tipos de racores por ejemplo:

-BSP (British Standard Pipe) o rosca Gas, creada por los ingleses, paradojicamente es la más común y fácil de encontrar en Europa. El filete de rosca es el Whitworth.
-JIC (Joint Industry Conference), de procedencia estadounidense, bastante común en muchas marcas de excavadoras y grúas, no aporta ninguna ventaja respecto a la BSP, lleva la rosca SAE americana y da lugar a muchas confusiones con la BSP debido a que, por ejemplo, hay racores 3/4 en BSP y JIC y se parecen lo que un huevo a una castaña.
-Métrica, el modelo a seguir, tiene un cierre perfecto con junta tórica, apenas hay que apretar la tuerca para que no pierda, una gama de medidas clara y concisa, separación entre racores para baja exigencia (serie ligera) y alta exigencia (serie pesada), pero.... realmente solo la emplean los alemanes, el resto de los países del mundo ni p... caso.
-ORFS (O-Ring Fitting System) Es un sistema con cierre por junta tórica, muy bueno pero que pasaría sin pena ni gloria de no ser porque Caterpillar lo implantó como su estándar para todo el mundo.
-Komatsu, como su nombre indica desarrollado por el fabricante de maquinaria del mismo nombre, este sistema son ganas de tocar los c... , además no aporta nada a parte de que al que tiene una Komatsu y se le rompe un latiguillo en un sitio lejos de una gran ciudad le dan ganas de agarrar una katana y entrar a saco en la sede de tan honorable y nipona companía.
-Bridas SAE 3000 y 6000, se colocan habitualmente en las entradas de los cilindros de las excavadoras, no aprietan con rosca en el racor si no que con tornillos allen contra una zona plana mecanizada en el cilindro. La 3000 es para 3000 psi y la 6000 para 6000 psi.

El sistema de filtraje completo, vamos lo ideal, consta de una malla de aspiración de unas 125 micras que se coloca dentro del depósito para evitar que la bomba aspire las partículas de suciedad más gruesas. Un filtro de presión que se sitúa entre la bomba y el distribuidor y cuya función es detener las particulas que aspiró la bomba del depósito y las que generó ella misma, lo normal es que tenga una capacidad de 10 micras o incluso menos. El filtro de retorno se coloca entre el distribuidor y el tanque, su función en retener las partículas que se generaron en éste y en los cilindros y tuberías y evitar que entren al tanque, lo normal es que sean de 25 micra o menos. Filtro de aire, los tanques en las bajadas de nivel aspiran aire de la atmósfera y en las subidas lo expulsan, el filtro de aire evita que entre polvo del exterior en las bajadas de nivel y contamine el aceite.

En cuanto a los sistemas para manipular un sistema hidráulico hay varios:

-Mecánico, consiste en una palanca, pulsador, fin de carrera mecánico, etc, con el que se accionan las válvulas distribuidoras, con eso conseguimos hacer un movimiento deseado en la máquina. Hay una variante que el mecánico a distancia que consiste en una sirga con un cable tira/empuja por dentro y una palanca en un extemo, con esto conseguimos mover la corredera del distribuidor desde una cierta distancia, un ejemplo son los mandos de algunas grúas sobre camión antiguas o actuales de pequeño tamaño o los elevadores hidraúlicos de muchos tractores. Hay muchísimos fabricantes de estos equipos, la mayoría italianos.

-Eléctrico de acción directa on/off. En este caso tenemos un solenoide a cada lado de la corredera del distribuidor, uno la desplaza en un sentido y otro en el otro, van de tope a tope, no hay posiciones intermedias ni progresividad y las bobinas causan problemas en caso de uso intensivo. Para hacelo funcionar solo necesitamos una corriente eléctrica de la tensión adecuada y un pulsador para accionar. Lo mismo que para los anteriores, hay muchos fabricantes y la mayoría italianos.

-Eléctrohidráulico on/off. En este las bobinas abren una pequeña válvula de da paso de aceite a un pequeños cilindros hidráulicos que van en los extemos de las correderas y son los que la mueven, de esta forma el consumo eléctrico es menor y el esfuerzo sobre la bobina también, por lo que para trabajos intensivos son mucho mejores aunque también carecen de progresividad.

-Eléctrico proporcional. Son como los on/off pero en lugar de bobinas todo/nada llevan bobinas proporcionales y un sistema electrónico de potencia que transforma la lectura de la posición mecánica de un joystick en una señal eléctrica que hace mover el solenoide. Estos sistemas no son muy habituales por si solos, lo normal es que además de todo este equipo lleven un sistema feed back que lee la posición de la corredera y verifica que se corresponda exactamente con la deseada, ya sea por la posición del joystick o por una orden recibida de un PLC, y en caso de que no se corresponda actúa para corregirlo. En este caso ya pasan a denominarse servoválvulas, son equipos muy caros y delicados y se emplean en aeronautica, maquina herramienta de precisión, industria espacial y cosas por el estilo. El fabricante más reputado del mundo es Moog, cosa fina.

-Electrohidráulico proporcional. Consiste en el mismo principio del electrohidráulico on/off pero con bobinas reguladoras de presión proporcionales que trabajan metiendo más o menos presión en el cilindro que manda la corredera con lo que la desplazan más o menos. Aquí hay auténticas maravillas y, salvo alguna honrosa excepción, se terminó la fabricación italiana, aquí mandan marcas como Sauer-Danfoss con sus PVG mandadas por Can bus, Rexroth, Husco, Hawe y, por supuesto, el maravilloso sistema Iqan de Parker con sus pantallas, sus joysticks en miniatura, sus unidades de potencia y todo coordinado mediante Can bus.
Aquí también es aplicable el concepto de servoválvula para el control exacto de la posición de la corredera, pero para mi gusto un punto por debajo.

Hidráulico. ¿Y como funcionan las excavadoras? Con joystics hidráulicos, si sustituimos las bobinas de los electrohidráulicos proporcionales por unas pequeñas reguladoras de presión dentro de los propios joysticks podemos mandar el distribuidor de la excavadora con gran precisión y, lo más importante, con una enorme fiabilidad, el sistema de mando hidráulico tiene una larguísima vida útil y avisa antes de fallar, además no se necesita ser un fenómeno para solucionar una avería.

Otros componentes hidráulicos:

-Enfriadores de aceite, los más habituales son los aire/aceite y son como el radiador de un coche, por dentro pasa el aceite y en el exterior llevan un electroventilador que se enciende y se apaga con un termostato y que fuerza la circulación de aire a través del radiador, los podeis ver en cualquier excavadora o en grúas sobre camión grandes.
En aplicaciones industriales se pueden ver intercambiadores aceite/agua en los que el elemento disipador de calor es el agua o mezcla de agua y glicol, son mucho mayores y solo se emplean cuando la cantidad de calor a evacuar es muy grande debido a que el agua puede absorber más calor que el aire.

-Acumuladores de presión, constan de una carcasa de acero de forma esférica o también de pepino que lleva dentro una membrana de un material elástico (una especie de vejiga) y entre la membrana y las paredes interiores de la carcasa se inyecta un gas a presión que suele ser nitrógeno debido a su estabilidad. Cuando necesitamos acumular un determinado volumen de aceite a presión para liberarlo en el momento que lo necesitemos se suele instalar una válvula que permite el llenado del acumulador y mantiene el aceite dentro durante el tiempo que queramos; cuando lo necesitamos solo tenemos que abrir esa válvula para que se incorpore al circuito empujado por el nitrógeno que hay detrás de la membrana.
Decir también que existen otros tipos de acumuladores a parte de los de membrana, como son los de pistón, pero los primeros son los más corrientes.

Los acumuladores también se usan para absorber puntas de presión en el circuito, basado en esto hay un sistema muy curioso para que las palas cargadoras frontales no peguen botes cuando van con el cazo lleno y que se basa en un acumulador de presión.
Otra aplicación muy curiosa de los acumuladores se da en las grúas que bajan los lanchas salvavidas de los barcos, aquí los acumuladores tienen que tener la suficiente capacidad de aceite para hacer el movimiento completo de levantar la lancha, girarla hacia el exterior del buque y hacerla descender hasta el agua, esto es así por si se da la posibilidad de que falle el sistema hidráulico del barco o, si la grúa lleva una central propia, falle el sistema eléctrico, con el acumulador son totalmente autónomos. Lo que no pueden evitar es que, si el que la maneja es un zoquete y le da para el lado que no es, gaste el aceite de reserva y a los pasajeros les pase lo que a los del Titanic.

-Otros accesorios que se pueden montar en un circuito hidráulico son por ejemplo los manómetros para saber la presión de trabajo en cada instante, los niveles de aceite para saber si tenemos que reponer en el tanque, o los tapones presurizadores que sirven para cargar de aire a presión el depósito de aceite, ¿y esto para qué sirve? sirve para situaciones en las que el nivel del tanque de aceite está a la misma altura o por debajo de la aspiración de la bomba, esto nos permite crear una pequeña presión de entre 0,25 y 1 bar que ayude a impulsar el aceite a la entrada de la bomba; funciona de una forma tan sencilla como que es una válvula deja salir el aire el depósito a la presión citada antes y, sin embargo, lo deja entrar libremente, dicha presión se crea con la subida del nivel del tanque.

Empezado por Roxo

Actuadores lineales, más comunmente llamados cilindros hidráulicos, se pueden dividir en dos categorías:
-Doble efecto, generan fuerza tanto a abrir como a cerrar.
El principio constructivo de cualquier cilindro es sencillo, una camisa lapeada interiormente (pulida), un vástago que es el que realiza el movimiento de estirar o recoger, una tapa guía, que es por donde se desliza el vástago y que lleva unas juntas para evitar fugas y un pistón que va en el extremo del vástago que va dentro del cilindro, este pistón tiene que llevarlo obligatoriamente en los cilindros de doble efecto, en los de simple efecto no es necesario salvo que querramos obtener más fuerza al aumentar la sección de la superficie de empuje.
Los cilindros funcionan todos igual, a iguales cámaras igual fuerza, lo que los distingue es el servicio al cual están destinados, un cilindro agrícola de doble efecto tiene unas paredes mucho más delgadas que un cilindro del mismo tipo y medidas destinado una excavadora, amén de que las juntas también serán distintas, así como la longitud de la tapa guía y el tipo de elemento de sujección al mecanismo a mover (rótulas, tochos encasquillados, etc.)

Hola Roxo , muchas gracias por las explicaciones , mi pregunta es un cilindro
hidraulico de doble efecto , ¿tiene mas fuerza para estirarse que para
retraerse ?? si es asi cuanta diferencia de fuerza hay entre un movimiento
y otro.


Gracias de antemano

Hola Erlitroni,

Así es, la fuerza bruta de un cilindro hidráulico (sin descontar pérdidas de carga ni rozamiento) es el resultado del producto de presión de trabajo por superficie del pistón del cilindro; la cámara que hace el movimiento de apertura es más grande con lo que tiene también más superficie de pistón, sin embargo a la cámara que hace cerrar el cilindro o cámara del vástago hay que descontarle a la superficie del pistón la superficie de la sección del vástago.
Hablando de un modo más intuitivo, la potencia hidráulica del cilindro es la misma a abrir que a cerrar, lo que ocurre es que a abrir hay más fuerza y menos velocidad y a cerrar menos fuerza y más velocidad.
Respecto a cuantificar la diferencia de fuerza, puedes aplicar una secilla relación matemática en la que D1 es el diámetro interior de la camisa del cilindro o diámetro del pistón y D2 es el diámetro del vástago, entonces ((D1)^2)/(((D1)^2)-((D2)^2)) es el número de veces que es mayor la fuerza a abrir que a cerrar.
Espero haberte ayudado.