Fluidos Hidráulicos Difícilmente Inflamables

Existen diferentes tipos de fluidos hidráulicos diseñados para reducir el riesgo de ignición en entornos peligrosos. Se clasifican principalmente por su composición y contenido de agua:

HFA: Emulsiones Aceite en Agua

Composición: Emulsiones de aceite mineral (o sintético) finamente disperso en agua. El agua es la fase continua.
Porcentaje de agua: Típicamente 80-98%.

HFB: Emulsiones Agua en Aceite

Composición: Emulsiones de agua finamente dispersa en aceite mineral. El aceite es la fase continua.
Porcentaje de agua: Aproximadamente 40%.

HFC: Soluciones Acuosas de Polímeros (Glicoles)

Composición: Soluciones acuosas de poliglicoles y aditivos. No contienen aceite mineral.
Porcentaje de agua: Generalmente entre 35-55%.

HFD: Líquidos Anhidros Sintéticos

Composición: Fluidos sintéticos que no contienen agua, como ésteres fosfóricos, poliolésteres o polialfaolefinas (PAO).
Porcentaje de agua: Prácticamente nulo (0-0.1%).

Aditivos en Fluidos Hidráulicos

Los aditivos son compuestos químicos que se incorporan a los fluidos base (minerales, sintéticos o acuosos) para mejorar sus propiedades, conferirles nuevas características o mitigar efectos indeseables. Entre los más importantes se encuentran:

• Antioxidantes: Retrasan el proceso de oxidación del fluido, prolongando su vida útil y previniendo la formación de lodos y barnices.
• Aditivos de untuosidad y extrema presión (EP): Mejoran la capacidad lubricante del fluido, especialmente bajo cargas elevadas y en condiciones de lubricación límite, protegiendo las superficies metálicas del desgaste.
• Depresores del punto de congelación: Reducen la temperatura a la cual el fluido pierde su fluidez o se solidifica, permitiendo el funcionamiento a bajas temperaturas.
• Antiespumantes: Previenen la formación de espuma estable en la superficie del fluido o aceleran su disipación, asegurando una correcta lubricación y compresibilidad.
• Mejoradores del índice de viscosidad (MIV): Reducen la variación de la viscosidad del fluido con los cambios de temperatura, asegurando un comportamiento más estable en un amplio rango térmico.
• Anti-desgaste (AW): Forman una película protectora sobre las superficies metálicas para reducir el desgaste por fricción.
• Inhibidores de corrosión y herrumbre: Protegen los componentes metálicos del sistema contra la corrosión causada por el agua y otros contaminantes.
• Detergentes y dispersantes: Mantienen en suspensión las partículas contaminantes y los productos de la oxidación, evitando su depósito en el sistema.

Depósitos Oleohidráulicos

3.1 Funciones Principales del Depósito

Aunque su función primordial es almacenar el fluido requerido por el sistema, los depósitos oleohidráulicos cumplen otras funciones cruciales:

• Disipación de calor: Ayudan a evacuar parte del calor que el aceite adquiere al circular por el sistema, actuando como un radiador.
• Reserva de fluido: Compensan las variaciones de volumen de fluido (debido a la actuación de cilindros, cambios de temperatura) y las posibles pequeñas pérdidas, asegurando un suministro constante según la demanda del sistema.
• Sedimentación de contaminantes: Permiten que las partículas contaminantes más pesadas que el fluido se asienten en el fondo, separándolas del flujo principal.
• Separación de aire: Facilitan la liberación del aire emulsionado o atrapado en el fluido, previniendo problemas como la cavitación en la bomba o la compresibilidad excesiva del fluido.
• Separación de agua: Contribuyen a separar el agua (procedente de condensación o contaminación externa) que pueda ser arrastrada por el aceite, ya que el agua suele decantar al fondo por ser más densa.

3.2 Componentes del Depósito y su Funcionamiento

Un depósito oleohidráulico típico incluye los siguientes elementos esenciales:

• Filtro de aireación (respiradero): Permite la entrada y salida de aire a medida que varía el nivel de fluido en el depósito, filtrando el aire entrante para evitar la contaminación atmosférica.
• Tubería de retorno (con filtro opcional): Conduce el fluido de vuelta al depósito. Idealmente, debe estar sumergida y dirigida para minimizar la turbulencia y la aireación. A menudo, se instala un filtro de retorno en esta línea.
• Conexión de aspiración de la bomba: Punto por donde la bomba succiona el fluido del depósito. Debe estar ubicada correctamente para asegurar una aspiración libre de aire y contaminantes sedimentados.
• Placa deflectora (o de separación): Una chapa interna que separa la zona de retorno de la zona de aspiración. Obliga al fluido a un recorrido más largo dentro del depósito, lo que favorece la decantación de sedimentos, la liberación de aire y la disipación de calor.
• Orificio de vaciado (drenaje): Permite vaciar completamente el depósito para realizar el mantenimiento o el cambio de fluido. Suele estar en el punto más bajo.
• Visor de nivel (mirilla): Indica el nivel de fluido en el depósito, permitiendo controlar si está dentro de los límites operativos (máximo y mínimo).
• Tapa de inspección y limpieza: Una abertura, generalmente en la parte superior, que facilita el acceso al interior del depósito para su limpieza e inspección.

Funcionamiento general del flujo en el depósito: Tras recorrer el circuito hidráulico, el aceite retorna al tanque. Al entrar, puede transportar burbujas de aire, calor acumulado y partículas en suspensión. El diseño del depósito, incluyendo la ubicación de la tubería de retorno y la placa deflectora, dirige el flujo de aceite de manera que se maximice su tiempo de residencia. Usualmente, el aceite es dirigido hacia la parte inferior y a lo largo de las paredes. Durante este periodo de reposo, las burbujas de aire tienden a ascender y liberarse a la atmósfera (a través del respiradero), y los sedimentos más densos se depositan en el fondo. El aceite, ya más limpio, desaireado y algo enfriado, pasa desde la zona de aspiración, a través de la conexión correspondiente, de vuelta a la bomba para iniciar un nuevo ciclo.

3.3 Criterios para el Dimensionado del Depósito

Para dimensionar correctamente un depósito oleohidráulico, se deben considerar varios factores interrelacionados:

• Variación de volumen del sistema: Debe ser capaz de compensar los cambios de volumen de fluido que ocurren en el sistema debido a la extensión y retracción de los cilindros, así como la expansión o contracción térmica del fluido.
• Almacenamiento total del fluido: En algunos casos, se requiere que el depósito pueda contener todo el volumen de aceite del sistema cuando este se drena para operaciones de mantenimiento.
• Espacio para componentes: Las dimensiones deben ser suficientes para montar adecuadamente todos los elementos necesarios sobre él o en su interior (tapa, filtros, indicador de nivel, respiradero, y en algunos casos, el grupo motor-bomba si se trata de una unidad de potencia compacta).
• Tiempo de residencia del fluido: La capacidad debe ser suficiente para que el fluido permanezca en el depósito el tiempo necesario para permitir una adecuada desaireación (liberación de burbujas de aire) y la decantación de partículas contaminantes.
• Disipación de calor: La superficie exterior del depósito contribuye a la refrigeración natural del aceite. Un mayor volumen y superficie de contacto con el ambiente favorecen esta disipación.

Como regla general empírica, el volumen del depósito suele ser de 3 a 5 veces el caudal por minuto de la bomba (expresado en litros, si el caudal está en L/min). Por ejemplo, para una bomba de 20 L/min, el depósito podría tener entre 60 y 100 litros. Además, se debe prever un colchón de aire en la parte superior del depósito, que ocupa aproximadamente entre el 10% y el 15% del volumen total del fluido. Otros factores que influyen en el dimensionado son el ciclo de trabajo del sistema (continuo o intermitente), el tipo de bomba empleada, la presión de trabajo y las condiciones ambientales.

3.4 Mantenimiento del Depósito Oleohidráulico

El mantenimiento adecuado del depósito es fundamental para asegurar la longevidad y la eficiencia operativa del sistema hidráulico. Este mantenimiento incluye varias tareas:

• Mantenimiento del fluido hidráulico: Esto implica el control periódico de las propiedades del fluido (nivel, viscosidad, contaminación, contenido de agua, etc.), su filtración continua o periódica, y su sustitución según las recomendaciones del fabricante del equipo o del fluido, o basándose en los resultados de análisis de aceite.
• Limpieza del depósito: Es especialmente importante la limpieza interior. Esta se efectúa típicamente al inicio de la vida útil del equipo (para eliminar residuos de fabricación) y posteriormente en cada cambio de aceite, o con una frecuencia determinada por las condiciones de operación. El proceso de limpieza puede implicar:
  • Vaciado completo del fluido usado.
  • Eliminación mecánica de sedimentos, lodos y otros contaminantes acumulados en el fondo y paredes.
  • Si es necesario, y dependiendo del material y estado del depósito, se puede considerar la eliminación de pintura interior deteriorada, el lijado de superficies corroídas y la aplicación de una nueva capa de pintura interna compatible con el fluido hidráulico.
  • Tras cualquier intervención interior y el secado completo, es crucial asegurarse de que no queden partículas sueltas (de pintura, herramientas, trapos, etc.) antes de rellenar con fluido nuevo o reacondicionado.
• Inspección de componentes del depósito: Revisar periódicamente el estado y funcionamiento del visor de nivel (limpieza, fugas), el filtro de aireación (saturación, limpieza o reemplazo), los tapones de drenaje y llenado (estanqueidad), y las juntas de la tapa de inspección.

Bombas Hidráulicas

4.1 Introducción a las Bombas Hidráulicas

Las bombas hidráulicas son el componente encargado de generar el flujo de fluido en un sistema oleohidráulico; son, en esencia, el corazón del sistema. Su función principal es suministrar un caudal de fluido hidráulico al circuito. Es crucial entender un concepto fundamental: la bomba no genera presión por sí misma. La presión en un sistema hidráulico se origina como resultado de la resistencia que encuentra el flujo de aceite al pasar por los diferentes componentes del circuito (como válvulas, actuadores, tuberías con pérdidas de carga, orificios, etc.). La bomba simplemente proporciona el caudal necesario para que el aceite circule y, al encontrar una resistencia, pueda desarrollar la presión necesaria para transmitir potencia.

Al seleccionar una bomba hidráulica para una aplicación específica, además del caudal requerido y la presión máxima de trabajo del sistema, se deben considerar otros parámetros importantes:

• Rango de velocidad de rotación: Las velocidades mínima y máxima a las que la bomba puede operar de manera eficiente y segura.
• Temperatura de servicio: Los límites de temperatura (tanto máxima como mínima) del fluido hidráulico y del ambiente en los que la bomba puede funcionar correctamente.
• Viscosidad del fluido hidráulico: El rango de viscosidad del fluido con el que la bomba está diseñada para operar de forma óptima.
• Tipo de accionamiento y condiciones de montaje: Si será accionada por un motor eléctrico, un motor de combustión interna, etc., así como el tipo de acoplamiento y la posición de montaje permitida (horizontal, vertical).
• Vida útil esperada: La durabilidad estimada de la bomba en las condiciones de operación previstas, a menudo expresada en horas de funcionamiento.
• Nivel de ruido: La emisión sonora máxima admisible durante el funcionamiento, un factor cada vez más importante por normativas y confort.
• Mantenimiento y servicio postventa: La facilidad de mantenimiento, la disponibilidad de repuestos y el soporte técnico ofrecido por el fabricante.
• Eficiencia: Eficiencia volumétrica, mecánica e total de la bomba.
• Pulsaciones de caudal y presión: Algunas bombas generan un flujo más pulsante que otras.

La bomba hidráulica es un convertidor de energía: transforma la energía mecánica (suministrada por un motor primario, como un motor eléctrico o de combustión) en energía hidráulica. Esta energía hidráulica se manifiesta en el fluido como caudal (energía cinética) y potencial de presión (energía potencial). Dicha energía es transmitida por el fluido a través del circuito hasta los actuadores (cilindros, motores hidráulicos), donde se reconvierte en energía mecánica útil para realizar un trabajo específico (mover una carga, generar un par motor, etc.).

4.2 Clasificación de las Bombas Hidráulicas

Las bombas hidráulicas se pueden clasificar según diversos criterios. Los más comunes son por su principio constructivo y por si su cilindrada es fija o variable.

4.2.1 Según su Principio Constructivo

• Bombas de engranajes:
  • De engranajes exteriores: Dos engranajes iguales que giran en sentidos opuestos dentro de una carcasa.
  • De engranajes interiores: Un engranaje externo (corona) y un engranaje interno (piñón) con un diente menos o con un perfil especial (tipo Gerotor).
  • De lóbulos: Similares a las de engranajes exteriores, pero con rotores de dos o tres lóbulos. Menos comunes para alta presión en oleohidráulica pura, más usadas en trasiego.
• Bombas de pistones:
  • Axiales: Los pistones se mueven paralelamente al eje de accionamiento. Pueden ser de plato inclinado (fijo o variable) o de eje inclinado/doblado (fijo o variable).
  • Radiales: Los pistones se mueven perpendicularmente al eje de accionamiento.
• Bombas de paletas:
  • Desequilibradas: El rotor gira excéntricamente dentro de un estator circular. Suelen ser de caudal variable.
  • Equilibradas: El estator tiene un perfil elíptico, creando dos zonas de bombeo opuestas que equilibran las cargas radiales. Suelen ser de caudal fijo.
• Bombas de husillo (o de tornillo): Constan de dos o más tornillos que engranan entre sí y giran dentro de una carcasa. Proporcionan un flujo muy uniforme y bajo nivel de ruido. Utilizadas principalmente para grandes caudales, presiones moderadas o fluidos con viscosidades especiales.

4.2.2 Según su Cilindrada (Desplazamiento Volumétrico)

• Bombas de cilindrada constante (o fija): Suministran un volumen de fluido teóricamente fijo por cada rotación del eje de la bomba. El caudal suministrado solo varía proporcionalmente con la velocidad de accionamiento.
• Bombas de cilindrada variable: Permiten ajustar el volumen de fluido suministrado por rotación, incluso con la bomba en marcha. Esto permite variar el caudal de forma continua, independientemente de la velocidad de accionamiento (dentro de ciertos límites).
• Bombas reguladas: Son bombas de cilindrada variable que incorporan uno o varios mecanismos de control (reguladores) que ajustan automáticamente su desplazamiento (y por tanto su caudal) en función de ciertos parámetros del sistema, como la presión, el caudal demandado o la potencia. Algunos tipos comunes de regulación son:
  • Regulación por presión (Compensador de presión): La bomba reduce su caudal a medida que la presión del sistema se acerca a un valor preestablecido (presión de tarado), llegando a caudal casi nulo (stand-by) cuando se alcanza dicha presión, manteniendo la presión constante.
  • Regulación por detección de carga (Load Sensing): La bomba ajusta su caudal y presión para satisfacer únicamente la demanda real del actuador o actuadores en funcionamiento, manteniendo un diferencial de presión constante entre la salida de la bomba y la carga. Es muy eficiente energéticamente.
  • Regulación por potencia constante: La bomba ajusta su caudal y presión de tal manera que el producto de ambos (potencia hidráulica) no exceda un valor máximo predeterminado, protegiendo así al motor de accionamiento contra sobrecargas.
  • Otras regulaciones combinadas o específicas (ej. limitador de par, control electrohidráulico proporcional).

4.3 Descripción y Funcionamiento de Tipos Comunes de Bombas

A) Bombas de Engranajes Exteriores

Este tipo de bomba es uno de los más extendidos, especialmente en aplicaciones de hidráulica móvil (como maquinaria agrícola, equipos de construcción, vehículos industriales) y en sistemas industriales de baja a media presión. Su popularidad se debe a su diseño robusto y simple, tamaño compacto, buena relación entre prestaciones y coste, y una aceptable tolerancia a la contaminación del fluido en comparación con otros tipos de bombas más sensibles.

Funcionamiento:

Las bombas de engranajes exteriores constan fundamentalmente de dos engranajes idénticos o similares (uno conductor, accionado por el motor, y otro conducido) que rotan dentro de una carcasa con tolerancias muy ajustadas. El proceso de bombeo se desarrolla de la siguiente manera:

1. Aspiración: A medida que los dientes de los engranajes se separan en la zona de la lumbrera de aspiración, se crea un aumento de volumen. Este aumento de volumen genera un vacío parcial que succiona el fluido hidráulico desde el depósito hacia la cámara de entrada de la bomba.
2. Transporte: El fluido llena los huecos (cámaras) formados entre los dientes de los engranajes y la superficie interna de la carcasa. Al continuar la rotación de los engranajes, el fluido atrapado en estos huecos es transportado a lo largo de la periferia de la carcasa, desde la zona de aspiración hacia la zona de impulsión. Un cierre hermético entre los dientes y la carcasa evita que el fluido retorne.
3. Impulsión: En la zona de la lumbrera de impulsión, los dientes de los dos engranajes vuelven a engranar entre sí. Esta acción reduce progresivamente el volumen de las cámaras, forzando la salida del fluido a presión hacia el sistema hidráulico.

B) Bombas de Paletas

Las bombas de paletas son conocidas por ofrecer un funcionamiento relativamente suave y un nivel de ruido generalmente bajo, especialmente las de tipo equilibrado. Las versiones de caudal variable con sistemas de regulación (como compensación de presión o load sensing) son muy apreciadas por su alta eficiencia energética.

Una característica destacada de algunas bombas de paletas, particularmente las de caudal variable con compensación de presión, es su capacidad para reducir su caudal automáticamente (incluso hasta un valor cercano a cero, conocido como posición de stand-by) cuando se alcanza una presión preestablecida en el sistema. Esto mejora significativamente el aprovechamiento de la energía (ya que la bomba solo suministra el caudal necesario), reduce el calentamiento del fluido hidráulico y puede contribuir a una mayor vida útil de los componentes del sistema.

Funcionamiento:

El principio de funcionamiento de una bomba de paletas se basa en un rotor con ranuras radiales en las que se alojan paletas móviles. Este rotor gira dentro de una cavidad interna de forma específica (anillo o estator). La acción de bombeo se produce de la siguiente manera:

1. Movimiento de las paletas: Cuando el rotor gira, la fuerza centrífuga (y en algunos diseños también la acción de muelles o la presión hidráulica del sistema aplicada en la base de las paletas) empuja las paletas radialmente hacia afuera, manteniéndolas en contacto continuo con la superficie interna del estator.
2. Formación de cámaras de volumen variable:
   • En las bombas de paletas desequilibradas (y en la mayoría de las de caudal variable), el eje del rotor está desplazado (presenta una excentricidad) respecto al centro geométrico del estator (que suele ser circular). Esta excentricidad provoca que el volumen de las cámaras formadas entre dos paletas consecutivas, el rotor y el estator, aumente durante una parte de la rotación (creando la zona de aspiración, donde el fluido entra desde el depósito) y disminuya durante la otra parte (creando la zona de impulsión, donde el fluido es expulsado hacia el circuito).
   • En las bombas de paletas equilibradas, el estator tiene una forma elíptica o similar (con dos lóbulos). Esto crea dos zonas de aspiración y dos zonas de impulsión diametralmente opuestas. Esta configuración equilibra las fuerzas radiales ejercidas por la presión del fluido sobre el rotor y sus cojinetes, lo que reduce el desgaste y permite operar a presiones más altas.
3. Regulación del caudal (en bombas de caudal variable): En las bombas de paletas de caudal variable, la magnitud de la excentricidad entre el rotor y el estator puede ajustarse, ya sea manualmente o, más comúnmente, de forma automática mediante mecanismos hidráulicos. Al variar la excentricidad, se varía el volumen desplazado por la bomba en cada revolución y, por ende, su caudal. Los mecanismos de regulación automática suelen ser sensibles a la presión del sistema (compensadores de presión) o a la demanda de caudal (sistemas load-sensing).